Асинхронный двигатель для безредукторного электропривода

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к асинхронным двигателям, питаемым от преобразователей частоты. Она может использоваться в регулируемых безредукторных электроприводах, нагруженных не зависящим от скорости моментом сопротивления, преимущественно, в электроприводах лифтовых и крановых установок. Техническая задача полезной модели состоит в уменьшении тока, на который выбирается преобразователь частоты, что снижает его стоимость. Сущность полезной модели состоит в том, что асинхронный двигатель для безредукторного электропривода, содержащего преобразователь частоты с возможностью формирования напряжения с пониженной по отношению к частоте сети частотой, в зависимости от напряжения для наибольшего значения пониженной частоты выполнен с числом витков обмотки статора согласно следующему выражению

где f_c и U _c - частота и действующее значение фазного номинального напряжения сети; f_п и Uf _п - наибольшее значение пониженной частоты и соответствующее ему действующее значение фазного напряжения на выходе преобразователя частоты; w₁ - расчетное число витков обмотки статора, определяемое по номинальному напряжению и номинальной частоте сети; w_1б - число витков обмотки статора предлагаемого асинхронного безредукторного двигателя.

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, а именно к асинхронным двигателям, питаемым от преобразователей частоты. Оно может использоваться в регулируемых безредукторных электроприводах, нагруженных не зависящим от скорости моментом сопротивления, преимущественно, в электроприводах лифтовых и крановых установок.

Известен безредукторный электропривод лифта [Яновски Л. Проектирование механического оборудования лифтов. М.: Монография. Издательство АСВ. 2005, с.134-144], содержащий асинхронный двигатель и преобразователь частоты, подключенный к сети переменного тока. Недостатком данного устройства является использование асинхронного двигателя, выполненного с числом витков, соответствующим номинальному напряжению и номинальной частоте сети, в диапазоне частот, значительно меньших номинальной. При этом преобразователь частоты должен быть выбран на номинальный ток указанного двигателя и имеет высокую стоимость.

В предлагаемой полезной модели ставится задача уменьшить ток, на который выбирается преобразователь частоты, что позволяет значительно снизить его стоимость.

Решение поставленной задачи достигается тем, что асинхронный двигатель для безредукторного электропривода, содержащего подключенный входом к сети переменного тока и выходом - к статору двигателя преобразователь частоты с возможностью формирования напряжения с пониженной по отношению к частоте сети частотой, в зависимости от напряжения для наибольшего значения пониженной частоты выполнен с числом витков обмотки статора согласно следующему выражению

где f_c и U _c - частота и действующее значение фазного номинального напряжения сети; f_п и U _fп - наибольшее значение пониженной частоты и соответствующее ему действующее значение фазного напряжения на выходе преобразователя частоты; w₁ - расчетное число витков обмотки статора, определяемое по номинальному напряжению и номинальной частоте сети; w_1б - число витков обмотки статора предлагаемого асинхронного безредукторного двигателя.

На чертеже показана схема электропривода, содержащего асинхронный двигатель 1, подключенный к выходу преобразователя 2 частоты, вход которого соединен с сетью 3 переменного тока. Обмотки статора двигателя 1 выполнены с повышенным по сравнению с w ₁ числом витков w_1б согласно указанному соотношению, а преобразователь 2 частоты снабжен блоком 4 управления, с помощью которого задают на выходе преобразователя требуемые значения напряжения для пониженных частот.

Принцип действия предлагаемого технического решения заключается в следующем.

При работе двигателя 1 в установившемся режиме наибольшее значение механической мощности на валу составляет Р _{мех, max}=M_cmax,

где М_с - момент сопротивления, определяющий напряжение U _fп на выходе преобразователя частоты; _max - требуемое максимальное значение угловой скорости двигателя 1, определяющее наибольшее значение пониженной частоты f_п.

Сумма указанной механической мощности и электрических потерь в обмотках статора и ротора определяет потребляемую мощность асинхронного двигателя. Поскольку потребляемая мощность пропорциональна действующим значениям напряжения и тока, а ЭДС статора пропорциональна числу витков, то при повышенном значении числа витков w_1б в предлагаемом двигателе ЭДС статора и, следовательно, фазное напряжение возрастают, а фазные токи двигателя и преобразователя частоты снижаются.

Изоляция обмоток статора предлагаемого двигателя может быть рассчитана на номинальное напряжение сети.

Применение предлагаемого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при питании от преобразователя частоты позволяет при увеличении числа витков в 2-3 раза примерно во столько же раз уменьшить фазные токи двигателя и преобразователя частоты, что снижает стоимость силовых полупроводниковых приборов и всего преобразователя частоты.

Для безредукторного электропривода можно также использовать асинхронные двигатели, выполненные не на номинальное напряжение сети, а на одну-две ступени напряжения выше. Например, при номинальном напряжении сети 220 В можно выбрать двигатель с номинальным напряжением 380 В или 660 В. Поскольку при этих напряжениях число витков обмотки статора в или в 3 раза больше по сравнению с обмоткой, выполненной на 220 В, то, если число витков удовлетворяют указанному соотношению, примерно во столько же раз уменьшаются фазные токи двигателя и преобразователя частоты, что снижет стоимость последнего.

Асинхронный двигатель для безредукторного электропривода, содержащего подключенный входом к сети переменного тока и выходом - к статору двигателя преобразователь частоты с возможностью формирования напряжения с пониженной по отношению к частоте сети частотой, отличающийся тем, что в зависимости от напряжения для наибольшего значения пониженной частоты обмотки статора выполнены с числом витков согласно следующему выражению:

где f_c и U _c - частота и действующее значение фазного номинального напряжения сети; f_п и U _fп - наибольшее значение пониженной частоты и соответствующее ему действующее значение фазного напряжения на выходе преобразователя частоты; w₁ - расчетное число витков обмотки статора, определяемое по номинальному напряжению и номинальной частоте сети; w_1б - число витков обмотки статора асинхронного безредукторного двигателя.