Разработка асинхронного двигателя с разъемным статором

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Целью разработки асинхронного двигателя с разъемным статором является улучшение потребительских свойств асинхронных двигателей малой мощности.

Анализ приведенных затрат применительно к асинхронным двигателям единой серии до 10 кВт показал, что примерно 70% затрат составляют текущие расходы на их эксплуатацию. На долю капиталовложений приходится лишь 15-20% всех затрат. Следовательно, повышение эффективности новых электрических машин, прежде всего, связано со снижением эксплуатационных расходов.

Серийные асинхронные двигатели малой и средней мощности имеют всыпную обмотку, которая имеет большую склонность к повреждению при её укладке в пазы и формовке лобовых частей. При относительной простоте конструкции надёжность асинхронных двигателей всё ещё остаётся низкой: средний срок службы составляет 20 тыс. ч. (5 лет). По статистическим данным 85-95% асинхронных двигателей выходит из строя по причине повреждения обмотки статора.

Конструкция нового асинхронного двигателя с асимметричным магнитопроводом практически лишена этих недостатков. Обмотки новой машины являются сосредоточенными и изготавливаются по технологии аналогичной той, что используется для производства катушек индуктора машин постоянного тока. На основании опыта эксплуатации таких катушек можно утверждать, что срок службы сосредоточенных катушек нового асинхронного двигателя будет составлять не менее 25 лет. Кроме того, для производства двигателя с сосредоточенными катушками требуется меньше трудозатрат, чем для асинхронных двигателей с всыпной распределённой обмоткой.

Применение сосредоточенной обмотки с минимальным числом катушек, с шагом y =1/3τ позволяет выполнить катушки без пересечения лобовых частей, при этом длина лобовых частей уменьшается, катушки размещаются в пределах фазной зоны. В результате уменьшается расход меди. При такой форме катушек можно применить разъёмный статор.

Новая конструкция, имеющая зубцы с несимметричным зубцовым наконечником статора, потребовала увеличения диаметра статора при одновременном обеспечении стандартной высоты вращения. Эту проблему можно решить следующим способом:

Вписаться в стандартный корпус, но при этом перейти на новый (меньший) диаметр ротора. Недостатком такой конструкции является неразборный магнитопровод из-за склеивания листов, и как следствие не ремонтопригодность обмотки двигателя, что компенсируется длительным сроком службы нового двигателя. Достоинства этой конструкции:

-     отлаженная технология производства асинхронных двигателей серии 4А;

-   конструкция соединения магнитопровода (клеевое соединение) характеризуется высокой износостойкостью, твёрдостью, коррозионной стойкостью, тепло- и электропроводностью.

Использование обмотки статора, имеющей целое число q = 1, привело к возрастанию дифференциального рассеяния. При этом обмоточный коэффициент по высшим гармоникам поля статора равен единице. Подавление влияния высших гармоник в роторе и моментов от них производится новым запатентованным способом, разработанным на кафедре “Электрические машины” УГТУ [  ]. Магнитный сердечник разделён на две фазы так, чтобы сдвинуть магнитные оси на угол a = 1/6τ. За счет сдвига магнитных осей получаем уменьшение обмоточного коэффициента по 5 и 7 гармоникам до 0,25 , соответственно ЭДС 5 и 7 гармоник уменьшаются в 4 раза, а моменты от них в 16 раз (         ). Данная конструкция не позволяет подавить высшие гармоники в статоре, но она подавляет их влияние в роторе (в двигателе применён ротор без скоса пазов).

Кроме того, при q = 1 число катушек фазы на полюсном делении сокращается в 4 раза, что приводит к существенному изменению геометрии размеров паза (размеры увеличиваются). Существенно изменяется конфигурация паза: размеры паза в тангенциальном направлении возрастают по сравнению с радиальными размерами (соотношение этих размеров становится обратным).

В результате, стандартные методики расчёта являются неподходящими при определении рассеяния в данной конструкции. Разделение магнитной системы на две части по длине машины и несимметричное исполнение зубцов сердечника статора приводит к дополнительному рассеянию.

Исследование картины поля потребовало разработки новой методики его расчёта и оценки влияния повышенного рассеяния на рабочие и пусковые характеристики.

Электромагнитный расчёт производится с помощью пакета MathCAD и программы, разработанной на кафедре “Электрические машины” УГТУ.