РОТОР АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H02K1/22 H02K1/26 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным двигателям (АД) с короткозамкнутым ротором типа беличьей клетки.

Известны двухклеточные АД, содержащие на роторе две короткозамкнутые клетки, одна из которых выполняет роль пусковой обмотки, а другая рабочей, при этом рабочая и пусковая обмотки могут размещаться в отдельных, т.е. чередующихся пазах различных форм [1]
Известен ротор АД с чередующимися пазами бутылочной и овальной форм с различными индуктивностями рассеяния и одинаковыми высотами, содержащими стержни короткозамкнутой обмотки [2] Для такого ротора высота верхней части паза бутылочной формы равна глубине h_пр проникновения электромагнитной волны при неподвижном роторе, определяемая выражением (1)

где f₁ частота напряжения сети (Гц);
μ_o=4π•10^-7 магнитная проницаемость воздуха (Гн/м);
γ удельная проводимость материала стержней ротора (10⁶/Ом•м).

Известен также ротор короткозамкнутого АД с чередующимися бутылочными и овальными пазами, в котором верхняя часть бутылочного паза имеет высоту h_пр по (1) и равна высоте овального паза, а ее площадь поперечного сечения составляет не менее 0,15 и не более 0,5 площади овального паза [3]
Известные короткозамкнутые роторы с чередующимися пазами позволяют улучшать пусковые свойства АД, но при этом ухудшаются энергетические показатели номинального рабочего режима из-за снижения КПД и коэффициента мощности.

В изобретении решается задача одновременного улучшения как пусковых, так и энергетических показателей рабочего режима АД за счет полного использования всех чередующихся пазов ротора в номинальном режиме. Это достигается тем, что для ротора асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с чередующимися пазами двух различных форм, проводимостей рассеяния и площадей поперечного сечения пазы выполнены закрытыми и на высоте h_пр от наружной поверхности ротора первый из пазов имеет бутылочную форму с сужениями в верхней и нижней частях, а второй из пазов имеет расширение в верхней и сужение в нижней частях при отношении площадей на этой высоте для первого и второго пазов в пределах от 1,0 до 2,5, причем пазы имеют расположенные ниже высоты h_пр части с расширением сверху и сужением снизу, размеры которых обеспечивают отношение площадей первого и второго пазов в пределах от 1,0 до 0,4, а высота мостика перекрытия над первым пазом больше, чем над вторым, где h_пр глубина проникновения электромагнитной волны при неподвижном роторе.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена часть листа предлагаемого ротора с чередующимися пазами первым 1 и вторым 2 с высотами мостиков перекрытия над закрытыми пазами h_ш1, h_ш2 и шириной верхней части пазов b₁, b₂.

Высота h_пр на чертеже соответствует по (1) глубине проникновения электромагнитной волны при неподвижном роторе, и эта часть пазов 1 и 2 обеспечивает показатели пускового режима АД; показатели номинального рабочего режима АД обеспечиваются полными сечениями пазов 1 и 2.

Поясним некоторые соотношения, характеризующие выполнение и работу предлагаемого ротора. Условно назовем первый паз 1 пусковым, а второй паз 2 рабочим и их обмотки будем считать приведенными к обмотке статора. Для параллельно включенных относительно потока статора пазов 1 и 2 выражения для индуктивного сопротивления рассеяния х₂ и активного сопротивления r₂ ротора можно представить соотношениями
x₂+(x_р•q2р

+x_п•q2п)/(q_р+q_п)²=(x_р+K²•x_п)/(1+K)²; (2)
r₂ 1/(q_p + q_п 1/Q, (3)
К q_п/q_p, (4)
где х_р и х_п приведенные индуктивные сопротивления рассеяния рабочей и пусковой обмоток ротора;
q_p и q_п площади поперечного сечения рабочего и пускового пазов;
q_p + q_п Q суммарная площадь рабочего и пускового пазов, постоянная величина для конкретной конструкции АД.

Из (2) (3) следует, что индуктивное сопротивление х₂ большей долей определяется тем пазом, который имеет большее сечение в рассматриваемом режиме, а активное сопротивление r₂ определяется суммарной площадью пазов 1 и 2.

В пусковом режиме ограничение пускового тока достигается в основном за счет пускового паза 1, который по сравнению с пазом 2 имеет на высоте h_пр повышенное индуктивное сопротивление из-за большей площади большей высоты мостика h_ш1>h_ш2 и меньшей ширины верхней части паза b₁<b₂ (cм. чертеж). Требуемое значение пускового момента достигается выбором площади пазов 1 и 2 на высоте h_пр, определяющей сопротивление r₂ при пуске. Высота верхней части паза 1 обычно не превышает 6,0 мм при ширине b₁ не менее 2,0 мм; при алюминиевых стержнях для температуры 75^oС γ= 21,5•10⁶/Ом•м и тогда по (1) h_пр ≈ 15,3 мм, поэтому практически достижимые отношения на высоте h_пр находятся в пределах от 1,0 до 2,5.

В номинальном режиме АД в работе участвуют все части пазов 1 и 2 и при этом индуктивное сопротивление х₂ определяется в основном пазом 2, который по сравнению с пазом 1 имеет пониженное значение х_p<x_п из-за большей ширины верхней части b₂>b₁ и меньшей высоты мостика перекрытия h_ш2<h_ш1 (cм. чертеж). Сопротивление х₂ по (2) рабочего режима имеет минимальное значение, соответствующее условию dx₂/dK 0, откуда следует К х_р/х_п, т.е. с учетом (4) минимальное значение х₂ достигается при условии
К х_р/х_п q_п/q_р или
х_p•q_p х_п•q_п (5)
Практически целесообразные отношения полных площадей пазов q_п/q_р по (5) находятся в пределах от 1,0 до 0,4.

Таким образом, выбирая соответствующие соотношения площадей и проводимостей рассеяния пазов 1 и 2 предлагаемого ротора для пускового и рабочего режимов работы, можно создавать оптимальную функцию короткозамкнутого ротора, повышая одновременно показатели пускового и рабочего режимов. Применение предлагаемого ротора позволяет получать АД при полном использовании пусковых и рабочих пазов с оптимальными значениями КПД, коэффициента мощности, пусковых момента и тока, превышающими показатели известных к.з. роторов. Это дает возможность унифицировать целый ряд исполнений в сериях АД и повысить их технический уровень.

Таким образом, изобретение соответствует критериям новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости из-за большого мирового выпуска асинхронных двигателей.

Использование: асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором типа беличьей клетки. Сущность изобретения: ротор асинхронного короткозамкнутого электродвигателя имеет чередующиеся закрытые пазы двух форм и площадей, на высоте h_пр от наружной поверхности ротора первый из пазов имеет бутылочную форму с сужениями в верхней и нижней частях, а второй - расширение в верхней и сужение в нижней частях при отношении площадей на этой высоте для первого и второго пазов от 1,0 до 2,5, пазы имеют расположенные ниже высоты h_пр части с расширением сверху и сужением снизу, размеры которых обеспечивают отношение полных площадей пазов от 1,0 до 0,4, а высота мостика над первым пазом больше, чем над вторым, где h_пр - глубина проникновения электромагнитной волны при неподвижном роторе. Технический результат: одновременное улучшение пусковых и рабочих характеристик. 1 ил.

Ротор асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с чередующимися пазами двух различных форм, проводимостей рассеяния и площадей поперечного сечения, отличающийся тем, что пазы выполнены закрытыми и на высоте h_п р от наружной поверхности ротора первый из пазов имеет бутылочную форму с сужениями в верхней и нижней частях, а второй из пазов имеет расширение в верхней и сужение в нижней частях при отношении площадей на этой высоте для первого и второго пазов в пределах 1,0 2,5, причем пазы имеют расположенные ниже высоты h_п р части с расширением сверху и сужением снизу, размеры которых обеспечивают отношение полных площадей первого и второго пазов в пределах 1,0 0,4, а высота мостика перекрытия над закрытыми пазами для первого паза больше, чем для второго, где h_п р глубина проникновения электромагнитной волны при неподвижном роторе.