Determination of an Induction Motor Rational Loading for Switching the Stator Windings Circuit
Keywords:
induction motor, star circuit, delta circuit, constant losses, mechanical losses, additional losses
Abstract
Squirrel cage induction motors operating on a variable load and with a constant speed account for a large proportion of electric motors used in the industry. When running at partial load or in the idle mode, such motor has low efficiency and power factor. Under such conditions, its stator winding is switched over from the delta connection diagram, which is its normal circuit configuration, to the star circuit, at which the motor power reduces by a factor of three. However, the specific motor load at which this switchover should be carried out has not been defined in the current literature. The article considers the possibility of improving the squirrel cage induction motor efficiency by obtaining its maximum possible value in the delta and star schemes. The boundary power level at which the switchover from one scheme to another is performed is determined for a particular motor from the values of its losses in copper and steel, mechanical losses, and additional losses. The ratios of constant and variable losses of the motor connected according to the delta scheme to the losses of the motor connected according to the star scheme are obtained, and refined formulas for the boundary switching power are derived, which contain the values of three types of losses.
References
1. Кравчик А.Э. и др. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник. М.: Энергоиздат, 1982, 504 с.
2. А.с. SU1129708A1. Способ управления электродвигателем путем переключения обмоток электродвигателя со схемы "звезда" на схему "треугольник" и обратно / Э.Т. Сидоренко, О.А. Бурунин, В.А. Хатанов, 1984.
3. А.с. SU1277326A1. Способ переключений обмоток электродвигателя "треугольник-звезда" и обратно с силовой коммутацией полупроводниковых ключей / В.А. Хатанов, Э.Т. Сидоренко, А.В. Балтин, 1986.
4. А.с. SU1396230A1. Способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем путем переключения его обмоток со схемы звезда на схему треугольник и обратно / Э.Т. Сидоренко, О.А. Бурунин, 1988.
5. А.с. SU1831763A3. Способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем путем переключения его обмоток со схемы звезда на схему треугольник и обратно / О.А. Бурунин, Е.С. Московская, 1993.
6. Пат. RU 2 516 255 C2. Способ пуска асинхронного двигателя / Н.И. Богатырев и др., 2014.
7. Паноев А.Т. Повышение энергоэффективности при переключении обмоток статора по схеме "треугольник – звезда" асинхронных двигателей в текстильной промышленности. – Вопросы науки и образования, 2017, № 10, с. 8–11.
8. Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением (обзор зарубежных публикаций). – Электричество, 2014, № 8, с. 56–61.
9. Осиненко С.И. Повышение энергоэффективности станков-качалок путем переключения обмоток статора с "треугольника" на "звезду". – Инновационные технологии: теория, инструменты, практика, 2014, № 1, с. 405–408.
10. Пат. CN102811018A. Asynchronous Motor Adopting Star Connection or Delta Connection Related to Load/ A. Kretschmer, L. Ming, 2012.
11. Плотников С.М. Анализ методов определения потерь в магнитопроводе трансформатора. – Измерительная техника, 2022, № 1, с. 52–57.
12. Плотников С.М. Определение потерь в стали и оптимизация толщины листов магнитопровода трансформатора. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2022, т. 65, № 2, с. 115–126.
13. Плотников С.М., Шеголева Т.В. Уточнение коэффициента Штейнмеца для стали сердечника трансформатора. – Электричество, 2023, № 4, с. 73–78.
14. ГОСТ 3484-77. Трансформаторы силовые. Методы испытаний. М. Издательство стандартов, 1987, 60 с.
15. Kim Y., Cho G.-W., Kim G.-T. The Estimation Method Comparison of Iron Loss Coefficients through the Iron Loss Calculation. – Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, No. 6, pp. 1409–1414, DOI: 10.5370/JEET.2013.8.6.1409.
16. Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1990, 463 с.
#
1. Kravchik A.E. et al. Asinhronnye dvigateli serii 4A: Spravoch-nik (Induction Motors of the 4A Series: Handbook). М.: Energoizdat, 1982, 504 p.
2. А.s. SU1129708A1. Sposob upravleniya elektrodvigatelem putem pereklyucheniya obmotok elektrodvigatelya so skhemy "zvezda" na skhemu "treugol'nik" i obratno (A Method of Controlling an Electric Motor by Switching the Windings of an Electric Motor from the "Star" Circuit to the "Triangle" Circuit and Back) / E.T. Sidorenko, O.A. Burunin, V.A. Khatanov, 1984.
3. А.s. SU1277326A1. Sposob pereklyucheniy obmotok elektrodvigatelya "treugol'nik-zvezda" i obratno s silovoy kommutatsiey poluprovodnikovyh klyuchey (Method of Switching Windings of the Electric Motor "Triangle-Star" and Back with Power Switching of Semiconductor Keys) / V.A. Khatanov, E.T. Sidorenko, A.V. Baltin, 1986.
4. А.s. SU1396230A1. Sposob upravleniya trekhfaznym asinhron-nym elektrodvigatelem putem pereklyucheniya ego obmotok so skhemy zvezda na skhemu treugol'nik i obratno (A method for Controlling a Three-Phase Asynchronous Electric Motor by Switching Its Windings from the Star Circuit to the Triangle Circuit and Back) / E.T. Sidorenko, O.A. Burunin, 1988.
5. А.s. SU1831763A3. Sposob upravleniya trekhfaznym asinhron-nym elektrodvigatelem putem pereklyucheniya ego obmotok so skhemy zvezda na skhemu treugol'nik i obratno (A Method for Controlling a Three-Phase Asynchronous Electric Motor by Switching Its Windings from the Star Circuit to the Triangle Circuit and Back) / O.A. Burunin, E.S. Moskovskaya, 1993.
6. Pаt. RU 2 516 255 C2. Sposob puska asinhronnogo dvigatelya (Method of Starting an Induction Motor / N.I. Bogatyrev et al., 2014.
7. Panoev А.Т. Voprosy nauki i obrazovaniya – in Russ. (Issues of Science and Education), 2017, No. 10, pp. 8–11.
8. Shumov Yu.N., Safonov A.S. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 8, pp. 56–61.
9. Osinenko S.I. Innovatsionnye tekhnologii: teoriya, instrumenty, praktika – in Russ. (Innovative Technologies: Theory, Tools, Practice), 2014, No. 1, pp. 405–408.
10. Pаt. CN102811018A. Asynchronous motor adopting star connection or delta connection related to load / A. Kretschmer, L. Ming, 2012.
11. Plotnikov S.М. Izmeritel'naya tekhnika – in Russ. (Measuring Equipment), 2022, No. 1, pp. 52–57.
12. Plotnikov S.М. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob"edineniy SNG – in Russ. (Power Engineering. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2022, vol. 65, No. 2, pp. 115–126.
13. Plotnikov S.M., Shegoleva T.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 4, pp. 73–78.
14. GОSТ 3484-77. Transformatory silovye. Metody ispytaniy (Power Transformers. Test Methods). M. Izdatel'stvo standartov, 1987, 60 p.
15. Kim Y., Cho G.-W., Kim G.-T. The Estimation Method Comparison of Iron Loss Coefficients through the Iron Loss Calculation. – Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, No. 6, pp. 1409–1414, DOI: 10.5370/JEET.2013.8.6.1409.
16. Katsman M.M. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). M.: Vysshaya shkola, 1990, 463 p
2. А.с. SU1129708A1. Способ управления электродвигателем путем переключения обмоток электродвигателя со схемы "звезда" на схему "треугольник" и обратно / Э.Т. Сидоренко, О.А. Бурунин, В.А. Хатанов, 1984.
3. А.с. SU1277326A1. Способ переключений обмоток электродвигателя "треугольник-звезда" и обратно с силовой коммутацией полупроводниковых ключей / В.А. Хатанов, Э.Т. Сидоренко, А.В. Балтин, 1986.
4. А.с. SU1396230A1. Способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем путем переключения его обмоток со схемы звезда на схему треугольник и обратно / Э.Т. Сидоренко, О.А. Бурунин, 1988.
5. А.с. SU1831763A3. Способ управления трехфазным асинхронным электродвигателем путем переключения его обмоток со схемы звезда на схему треугольник и обратно / О.А. Бурунин, Е.С. Московская, 1993.
6. Пат. RU 2 516 255 C2. Способ пуска асинхронного двигателя / Н.И. Богатырев и др., 2014.
7. Паноев А.Т. Повышение энергоэффективности при переключении обмоток статора по схеме "треугольник – звезда" асинхронных двигателей в текстильной промышленности. – Вопросы науки и образования, 2017, № 10, с. 8–11.
8. Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением (обзор зарубежных публикаций). – Электричество, 2014, № 8, с. 56–61.
9. Осиненко С.И. Повышение энергоэффективности станков-качалок путем переключения обмоток статора с "треугольника" на "звезду". – Инновационные технологии: теория, инструменты, практика, 2014, № 1, с. 405–408.
10. Пат. CN102811018A. Asynchronous Motor Adopting Star Connection or Delta Connection Related to Load/ A. Kretschmer, L. Ming, 2012.
11. Плотников С.М. Анализ методов определения потерь в магнитопроводе трансформатора. – Измерительная техника, 2022, № 1, с. 52–57.
12. Плотников С.М. Определение потерь в стали и оптимизация толщины листов магнитопровода трансформатора. – Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ, 2022, т. 65, № 2, с. 115–126.
13. Плотников С.М., Шеголева Т.В. Уточнение коэффициента Штейнмеца для стали сердечника трансформатора. – Электричество, 2023, № 4, с. 73–78.
14. ГОСТ 3484-77. Трансформаторы силовые. Методы испытаний. М. Издательство стандартов, 1987, 60 с.
15. Kim Y., Cho G.-W., Kim G.-T. The Estimation Method Comparison of Iron Loss Coefficients through the Iron Loss Calculation. – Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, No. 6, pp. 1409–1414, DOI: 10.5370/JEET.2013.8.6.1409.
16. Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1990, 463 с.
#
1. Kravchik A.E. et al. Asinhronnye dvigateli serii 4A: Spravoch-nik (Induction Motors of the 4A Series: Handbook). М.: Energoizdat, 1982, 504 p.
2. А.s. SU1129708A1. Sposob upravleniya elektrodvigatelem putem pereklyucheniya obmotok elektrodvigatelya so skhemy "zvezda" na skhemu "treugol'nik" i obratno (A Method of Controlling an Electric Motor by Switching the Windings of an Electric Motor from the "Star" Circuit to the "Triangle" Circuit and Back) / E.T. Sidorenko, O.A. Burunin, V.A. Khatanov, 1984.
3. А.s. SU1277326A1. Sposob pereklyucheniy obmotok elektrodvigatelya "treugol'nik-zvezda" i obratno s silovoy kommutatsiey poluprovodnikovyh klyuchey (Method of Switching Windings of the Electric Motor "Triangle-Star" and Back with Power Switching of Semiconductor Keys) / V.A. Khatanov, E.T. Sidorenko, A.V. Baltin, 1986.
4. А.s. SU1396230A1. Sposob upravleniya trekhfaznym asinhron-nym elektrodvigatelem putem pereklyucheniya ego obmotok so skhemy zvezda na skhemu treugol'nik i obratno (A method for Controlling a Three-Phase Asynchronous Electric Motor by Switching Its Windings from the Star Circuit to the Triangle Circuit and Back) / E.T. Sidorenko, O.A. Burunin, 1988.
5. А.s. SU1831763A3. Sposob upravleniya trekhfaznym asinhron-nym elektrodvigatelem putem pereklyucheniya ego obmotok so skhemy zvezda na skhemu treugol'nik i obratno (A Method for Controlling a Three-Phase Asynchronous Electric Motor by Switching Its Windings from the Star Circuit to the Triangle Circuit and Back) / O.A. Burunin, E.S. Moskovskaya, 1993.
6. Pаt. RU 2 516 255 C2. Sposob puska asinhronnogo dvigatelya (Method of Starting an Induction Motor / N.I. Bogatyrev et al., 2014.
7. Panoev А.Т. Voprosy nauki i obrazovaniya – in Russ. (Issues of Science and Education), 2017, No. 10, pp. 8–11.
8. Shumov Yu.N., Safonov A.S. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2014, No. 8, pp. 56–61.
9. Osinenko S.I. Innovatsionnye tekhnologii: teoriya, instrumenty, praktika – in Russ. (Innovative Technologies: Theory, Tools, Practice), 2014, No. 1, pp. 405–408.
10. Pаt. CN102811018A. Asynchronous motor adopting star connection or delta connection related to load / A. Kretschmer, L. Ming, 2012.
11. Plotnikov S.М. Izmeritel'naya tekhnika – in Russ. (Measuring Equipment), 2022, No. 1, pp. 52–57.
12. Plotnikov S.М. Energetika. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy i energeticheskih ob"edineniy SNG – in Russ. (Power Engineering. News of Higher Educational Institutions and Energy Associations of the CIS), 2022, vol. 65, No. 2, pp. 115–126.
13. Plotnikov S.M., Shegoleva T.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 4, pp. 73–78.
14. GОSТ 3484-77. Transformatory silovye. Metody ispytaniy (Power Transformers. Test Methods). M. Izdatel'stvo standartov, 1987, 60 p.
15. Kim Y., Cho G.-W., Kim G.-T. The Estimation Method Comparison of Iron Loss Coefficients through the Iron Loss Calculation. – Journal of Electrical Engineering and Technology, 2013, vol. 8, No. 6, pp. 1409–1414, DOI: 10.5370/JEET.2013.8.6.1409.
16. Katsman M.M. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). M.: Vysshaya shkola, 1990, 463 p
Published
2023-08-31
Issue
Section
Article
