АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K1/26 H02K3/12 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

Известны конструкции асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами, электропроводные стержни которых имеют открытые, полуоткрытые, полузакрытые и закрытые пазы [1, с.211, 2, с.229, 3, с.82]
Недостатками асинхронных двигателей с указанными роторами являются:
большой пусковой ток и малый пусковой вращающий момент, вызванные малым активным сопротивлением короткозамкнутой обмотки ротора в момент пуска двигателя;
наличие ЭДС зубцовых гармонических поля [3, с.437] которые уменьшают КПД двигателя и его момент при нормальном режиме работы [10, с.528] вызывают электромагнитные вибрации и шум [10, с.531] и могут стать причиной "точек незапуска" [4]
Наиболее близким техническим решением является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором [6] поперек продольного направления электропроводных стержней которого образованы пазы с интервалами по длине этих стержней.

В момент пуска двигателя в результате эффекта вытеснения тока к наружной поверхности электропроводных стержней [3, с.510] увеличивается их активное сопротивление, что приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента [5, 6, 8, 9]
Однако, во время пуска двигателя имеют место паразитные моменты, причиной которых являются зубцовые гармонические поля, и силы одностороннего притяжения между статором и ротором. Последние уменьшают пусковой момент и могут сделать работу двигателя невозможной [3, с.438]
Известны технические решения, связанные с уменьшением ЭДС, зубцовых гармонических поля. Эффективным средством уменьшения паразитных асинхронных моментов, к примеру, является скос пазов ротора [3, с.439] Однако, скос пазов увеличивает рассеяние в двигателе, ухудшает его рабочие характеристики [3, с. 440] При этом возрастает расход металла на электропроводные стержни из-за увеличения их длины. Не всегда удается уменьшить ЭДС зубцовых гармонических поля подбором оптимального числа пазов на полюс и фазу. Более того, в двухполюсных машинах вообще нет идеального соотношения числа пазов статора и ротора [7, с.41]
Целью изобретения является улучшение пусковых и энергетических характеристик и уменьшение ЭДС зубцовых гармонических поля асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Указанная цель достигается тем, что в асинхронном двигателе, содержащем зубчатый статор, ротор с магнитопроводом, в пазах которого расположены электропроводные стержни обмотки, последние имеют на наружной поверхности в верхней части по меньшей мере одну прорезь, выполненную в средней части стержней в продольном направлении, при этом ширина прорези определяется из следующих соотношений:
а t_с1 С или a t_c1 -c где t_с1 зубцовый шаг статора;
С ширина верхней части стержня;
Z₁ число пазов статора;
р число полюсов.

Отметим, что по краям наружной поверхности в ее верхней части возможны и другие продольные прорези, уменьшающие ширину b образующихся продольных "дорожек".

После образования продольной прорези площадь сечения верхней части электропроводного стержня уменьшается на а˙h, где а ширина прорези, h глубина прорези.

Уменьшение сечения электропроводного стержня в верхней части приводит к увеличению активного сопротивления стержня в момент пуска двигателя, в результате чего уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент.

Благодаря продольной прорези по краям наружной поверхности стержня образуются выступы (продольные "дорожки").

При глубине продольной прорези, равной глубине проникновения тока в момент пуска двигателя, продольные "дорожки" эквивалентны двум электропроводным стержням, оси симметрии которых отстоят друг от друга на расстояние l.

Определим ширину продольной прорези а.

l 2l a+c, a 2l-c
Пусть lt_c1, что соответствует а t_c1 C.

При l t_c1 a t_c1 c
Пусть l t_c1. Тогда, если один стержень, к примеру, находится под "убывающей" волной индикации электромагнитного поля, то другой в этот момент испытывает влияние "возрастающей" волны индукции электромагнитного поля. Поэтому в стержнях индуктируются ЭДС противоположного знака.

ЭДС ΔЕ, наведенные во вновь образованных стержнях, благодаря электрическому соединению стержней между собой взаимно уничтожаются. С другой стороны, действие встречно направленных токов, наведенных в стержнях ЭДС зубцовых гармонических поля, взаимно уравновешиваются.

Известно, что скос пазов ротора на t_с1 частично нейтрализует действие прямой и обратной зубцовых гармонических порядка ± 1, а скос пазов ротора на t уничтожает действие наиболее опасной прямой гармонической + 1 [3, с.439]
Очевидно, что скос пазов ротора на t_c1 аналогичен действию в момент пуска двигателя двух нескошенных удаленных друг от друга на t_с1наружных частей электропроводного стержня короткозамкнутой обмотки ротора.

Соответственно, скос пазов ротора на t аналогичен действию двух нескошенных, удаленных друг от друга на t_c1 наружных частей (продольных "дорожек") электропроводного стержня.

Таким образом, при удалении наружных частей электропроводного стержня друг от друга на t_c1 частично парализуется действие прямой и обратной зубцовых гармонических порядка ± 1, а при расстоянии между ними t_c1 уничтожается действие наиболее опасной прямой гармонической + 1.

Предложенное техническое решение характеризуется новым признаком, а именно, образованием на наружной поверхности электропроводного стержня в верхней части, по меньшей мере по одной продольной прорези.

Указанный отличительный признак дает основание считать предложенное техническое решение соответствующим критерию "новизна".

В предложенном техническом решении есть и другие признаки, которые не обнаруживаются в известных решениях:
конкретно указана ширина продольной прорези;
вытеснение тока в момент пуска двигателя происходит в две симметрично расположенные относительно оси электропроводного стержня токопроводящие части стержня короткозамкнутой обмотки.

Указанные выше признаки приводят к достижению положительного эффекта: уменьшению пускового тока, увеличению пускового момента и уменьшению ЭДС зубцовых гармонических поля асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что имеет место новая совокупность признаков и что предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлен асинхронный двигатель; на фиг.2 сечение электропроводного стержня; на фиг.3 электропроводный стержень, вид сверху; на фиг.4 пазы статора, кривая зубцового поля, прямой, скошенный и предлагаемый электропроводные стержни, вид сверху.

Ротор асинхронного двигателя содержит вал 1, на котором насажен магнитопровод 2, и обмотку, состоящую из электропроводных стержней 3, расположенных в пазах магнитопровода 2, и двух короткозамыкающих колец 4.

Электропроводные стержни 3 обмотки имеют на наружной поверхности в верхней части продольные прорези 5.

В момент пуска двигателя в результате эффекта вытеснения ток вытесняется на наружную поверхность электропроводного стержня 3 и проходит по двум симметрично расположенным относительно оси стержня продольным "дорожкам". Увеличение в момент пуска активного сопротивления электропроводного стержня короткозамкнутой обмотки приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента.

Зубцовые гармонические поля наводят в наружных частях электропроводного стержня ЭДС противоположного знака, которые взаимно уничтожаются. Действие встречно направленных токов, частично наведенных ЭДС зубцовых гармонических поля, взаимно уравновешивается.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет: улучшить пусковые характеристики увеличить пусковой момент и уменьшить пусковой ток;
улучшить энергетические характеристики уменьшить пусковой ток;
уменьшить ЭДС зубцовых гармонических поля.

Так как асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором являются самыми массовыми электрическими машинами, улучшение их показателей приведет к существенному экономическому эффекту.

Изобретение относится к электротехнике. Сущность изобретения: асинхронный двигатель содержит статор и короткозамкнутый ротор. В пазах магнитопровода ротора расположены электропроводные стержни 3, имеющие в средней части продольные прорези 5. В формуле изобретения приведены соотношения, определяющие ширину прорези. 4 ил.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий зубчатый статор, ротор с магнитопроводом, в пазах которого расположены электропроводные стержни обмотки, имеющие на наружной поверхности в верхней части по меньшей мере одну прорезь, отличающийся тем, что прорези выполнены в средней части стержней в продольном направлении, при этом ширина a прорези определяется из следующих соотношений:
a t_c1 c
или
где t_c1 зубцовый шаг статора;
c ширина верхней части стержня;
z₁ число пазов статора;
p число полюсов.