РОТОР АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1997 года по МПК H02K17/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором для тяжелых и средних условий пуска или работы с частыми пусками.

Для получения достаточного пускового момента необходимо иметь высокое активное сопротивление обмоток ротора, которое уменьшается при переходе к нормальному режиму работы. Эту задачу решают путем использования эффекта вытеснения тока в обмотке ротора, применяя обмотку специальной конструкции. Одной из разновидностей таких двигателей являются двигатели с глубокими пазами на роторе и высокими стержнями беличьей клетки [1]
Вытеснение тока в стержнях клетки происходит в результате действия ЭДС, индуктируемых пазовыми потоками рассеяния. Под влиянием вытеснения тока или поверхностного эффекта активное сопротивление стержня при пуске двигателя становится большим. По мере разбега двигателя частота тока в роторе уменьшается и по достижении номинальной скорости вращения становится весьма малой, явление вытеснения тока практически исчезает и ток распределяется равномерно по сечению стержня, активное сопротивление стержня при этом становится малым, и двигатель работает с хорошим КПД, таким же как и у двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором без проявления вытеснения тока. Однако, cos глубокопазных двигателей на 0,02-0,04 меньше, так как обмотка ротора вследствие глубокого ее утопления в сердечнике имеет повышенное сопротивление рассеяния. У этих двигателей по сравнению с обычными двигателями кратность пускового момента больше 1,0-1,4, а кратность пускового тока меньше 4,5-6,0. Однако невозможно регулировать степень вытеснения тока в виду того, что волна поля беспрепятственно проникает по всей глубине паза.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является ротор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой, содержащий разделенный на две части в осевом направлении шихтованный сердечник с грушевидными пазами, в которых размещены стержни и короткозамыкающие кольца. В каждой из частей сердечника нечетные пазы и стержни обращены широкой, а четные узкой стороной к внешней поверхности сердечника, вторая часть сердечника повернута относительно первой на одно зубцовое деление, в верхней части стержней и короткозамыкающих кольцах размещен ферромагнитный элемент, выполненный в виде стальных тел преимущественно сферической формы. В стержне, обращенном узкой стороной к внешней поверхности сердечника, выполнен паз грушевидной формы глубиной не менее глубины проникновения тока в стержне при пуске [2]
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками изобретения являются шихтованный сердечник с пазами с установленными в них стержнями с ферромагнитными элементами и короткозамыкающие кольца.

Однако известное устройство не обеспечивает получение заданного пускового момента при минимально возможном пусковом токе из-за невозможности формирования заданных пусковых характеристик двигателя. Это вызвано ограниченными возможностями регулирования степени вытеснения тока в стержне из-за несплошности ферромагнитного элемента, т.к. стальные тела в стержне расположены на расстоянии друг от друга, что позволяет волне поля беспрепятственно проходить по стержню. Кроме того, возможности изменения сопротивления в момент пуска ограничены размерами стальных тел.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования ротора асинхронного электродвигателя, в котором за счет конструктивных особенностей выполнения обеспечивается формирование заданных пусковых характеристик двигателя и за счет этого достигается получение заданного пускового момента при минимально возможном пусковом токе.

Поставленная задача решается тем, что ротор асинхронного электродвигателя с короткозамкнутой обмоткой содержит шихтованный сердечник с пазами с размещенными в них стержнями с ферромагнитными элементами и короткозамыкающие кольца, в котором согласно изобретению ферромагнитные элементы выполнены в виде пластин, пересекающих паз вдоль всей длины стержня по глубине.

При этом целесообразно выбирать суммарную толщину пластин таким образом, чтобы при номинальной частоте вращения ротора она была бы не более глубины проникновения волны электромагнитного поля в материале пластин, а глубина паза увеличена на суммарную толщину пластин.

Выполнение ферромагнитных элементов в виде пластин, пересекающих паз по глубине и расположенных по всей длине стержня, позволяет регулировать вытеснение тока по глубине паза и тем самым формировать заданные пусковые характеристики двигателя.

Использование пластин суммарной толщины не более глубины проникновения волны электромагнитного поля обеспечивает проникновение волны поля по всей глубине паза.

Пластины выполняют из ферромагнитного материала, например железо-медного сплава.

На фиг. 1 представлен ротор асинхронного двигателя; на фиг.2 паз ротора асинхронного двигателя.

Ротор асинхронного двигателя содержит шихтованный сердечник 1 с пазами, короткозамыкающие кольца 2. В пазах сердечника 1 размещены стержни 3 с ферромагнитными элементами, выполненными в виде пластин 4, пересекающих паз по глубине и расположенных по всей длине стержня 3.

Устройство работает следующим образом. В момент пуска при частоте тока ротора 50 Гц глубина проникновения волны материала пластины 4 не превышает толщины первой пластины (Δh₁) поэтому ток протекает по сечению первой зоны h₁. По мере увеличения частоты вращения ротора частота тока ротора уменьшается и глубина проникновения волны электромагнитного поля становится больше толщины первой пластины и ток начинает протекать по сечению второй зоны h₂, лежащей по глубине паза ниже пластины толщиной (Δh₂). При дальнейшем увеличении частоты вращения глубина проникновения становится больше суммарной толщины первой и второй пластин и ток протекает по второй зоне и так далее до зон h_к;h_кн.

По мере разбега двигателя частота тока в роторе уменьшается и по достижении номинальной скорости вращения становится весьма малой, явление вытеснения тока практически исчезает и ток распределяется равномерно по сечению стержня 3, активное сопротивление стержня при этом становится малым, и двигатель работает с хорошим КПД, таким же как и у двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором без проявления вытеснения тока. Для обеспечения нормального номинального режима целесообразно увеличить глубину паза на суммарную толщину пластин.

Например, для асинхронного двигателя с глубиной паза ротора 51 мм для получения Мп= 1,8 Мн при 1п=2 1н необходимо взять 4 пластины из железо-медного сплава суммарной толщиной 6 мм.

Изобретение относится к электротехнике, касается выполнения роторов асинхронных электродвигателей и может быть использовано в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором для тяжелых и средних условий пуска или работы с частыми пусками. Сущность изобретения: в роторе, содержащем шихтованный сердечник с пазами, в которых установлены стержни с ферромагнитными элементами, а также короткозамыкающие кольца, ферромагнитные элементы выполнены в виде пластин. Пластины пересекают паз по всей длине стержня на различной глубине. Технический результат состоит в обеспечении возможности формирования заданных пусковых характеристик двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ротор асинхронного электродвигателя, содержащий шихтованный сердечник, в пазах которого размещены стержни короткозамкнутой обмотки с элементами из ферромагнитного материала, и короткозамыкающие кольца, отличающийся тем, что элементы из ферромагнитного материала выполнены в виде пластин, которые пересекают паз по всей длине стержня на различной глубине. 2. Ротор по п.1, отличающийся тем, что суммарная толщина пластин не превышает глубину проникновения волны электромагнитного поля при номинальной частоте вращения ротора.