КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ОБМОТКА РОТОРА АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2000 года по МПК H02K17/16 H02K3/12 

Описание патента на изобретение RU2152117C1

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам и предназначено для использования в частотно-управляемых асинхронных машинах на транспорте и в промышленности.

Известна короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины в виде беличьей клетки [1, 2], содержащая в пазах сердечника массивные медные либо алюминиевые стержни, соединенные с обоих торцов ротора короткозамыкающими кольцами, выполненными из соответствующего материала. Недостатком такой обмотки ротора является существенные электрические потери в стержнях от поверхностного эффекта, вызванного высшими временными гармониками (ВВГ) напряжения при питании машины от источника с несинусоидальным напряжением.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины [3], содержащая уложенные в пазы сердечника стержни, расслоенные по высоте на элементарные электрически изолированные проводники и массивные короткозамыкающие кольца. Однако, в связи с замыканием массивными кольцами по высоте всех элементарных проводников стержня обмотки ротора, конструкция не исключает протекания вихревых токов от поверхностного эффекта по контурам, включающим различные элементарные проводники одного стержня, и поэтому потери от вихревых токов остаются существенными.

Задачей настоящего изобретения является снижение потерь в стержнях короткозамкнутой обмотки ротора от поверхностного эффекта, вызванного высшими временными гармониками напряжения при питании машины от источника несинусоидального напряжения.

Указанная задача решается тем, что в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронной электрической машины, содержащей уложенные в пазы сердечника стержни, расслоенные по высоте на элементарные электрически изолированные проводники и короткозамыкающие кольца, короткозамыкающие кольца выполнены на электрически изолированных элементарных колец.

При этом из вариантов исполнения число элементарных проводников стержня обмотки ротора нечетное и с одного торца ротора одно элементарное кольцо соединено с нижним элементарным проводником стержня каждого паза, а остальные соединены с двумя элементарными проводниками каждого паза, а с другого торца ротора одно элементарное кольцо соединено с верхним элементарным проводником стержня каждого паза, а остальные соединены с двумя элементарными проводниками каждого паза.

При другом варианте исполнения число элементарных проводников стержня обмотки ротора четное и с одного торца ротора короткозамыкающее кольцо состоит из элементарных колец, каждое из которых соединено с двумя элементарными проводниками стержня каждого паза, а с другого торца ротора два элементарных короткозамыкающих кольца, каждое в отдельности, соединены с нижним и верхним проводником стержня каждого паза, а остальные соединены с двумя проводниками стержня каждого паза.

Таким образом исключаются короткозамкнутые участки между проводниками стержня по высоте паза, снижается поверхностный эффект в стержне обмотки ротора и уменьшаются потери мощности от высших временных гармоник напряжения при питании асинхронной машины от источника несинусоидального напряжения.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематически взаимное расположение элементарных проводников стержня и элементарных колец короткозамыкающих колец обмотки ротора асинхронной электрической машины при выполнении обмотки по первому варианту, когда число элементарных проводников стержня нечетное, фиг. 2 изображает то же, но при выполнении обмотки по второму варианту, когда число элементарных проводников стержня четное. На фиг. 3 и 4 показаны другие возможные варианты соединения элементарных короткозамкнутых колец с проводниками стержня каждого паза ротора.

Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины (фиг. 1, 2) в виде беличьей клетки содержит уложенные в пазы сердечника 1 стержни, расслоенные по высоте на элементарные проводники 2, изолированные друг от друга диэлектриком 3, и элементарные электрически изолированные короткозамыкающие кольца 4, 5, соединенные с одним или двумя элементарными проводниками каждого паза. При нечетном числе элементарных проводников стержня (фиг. 1) с одного торца ротора одно элементарное короткозамыкающее кольцо 5 соединено с одним нижним элементарным проводником 2 каждого паза, а остальные 4 соединены с двумя элементарными проводниками 2, а с другого торца ротора одно элементарное короткозамыкающее кольцо 5 соединено с верхним элементарным проводником 2 каждого паза, а остальные 4 соединены с двумя элементарными проводниками каждого паза.

При четном числе элементарных проводников стержня (фиг. 2) с одного торца ротора элементарные короткозамыкающие кольца 4 соединены с двумя элементарными проводниками 2 каждого паза, а с другого торца ротора два элементарных короткозамыкающих кольца 5, каждое в отдельности, соединены с нижним и верхним проводником 2 стержня каждого паза, а остальные 4 соединены с двумя проводниками 2 стержня каждого паза.

На фиг. 3 и 4 показаны другие решения, но при этом элементарные короткозамыкающие кольца также соединены с каждого торца ротора с одним либо двумя элементарными проводниками стержня каждого паза и тем самым исключаются короткозамкнутые участки между проводниками стержня по высоте паза.

Фиг. 1 - 4 не охватывают все возможные решения. Возможны и другие соединения элементарных короткозамыкающих колец с проводниками стержня каждого паза, но при этом каждое элементарное короткозамыкающее кольцо должно быть соединено только с одним либо с двумя элементарными проводниками стержня каждого паза.

Рассмотрим работу обмотки предложенной конструкции.

При подключенной обмотке статора асинхронной электрической машины к источнику несинусоидального напряжения ее высшие временные гармоники создают составляющие электромагнитного поля, скольжение которых Sк по отношению к ротору близко к единице.


где S1 - скольжение для основной составляющей электромагнитного поля (К = 1)
К = 2 mn ± 1 - порядок высшей временной гармоники напряжения или электромагнитного поля; знак "-" в выражении для Sк относится к гармоникам прямой последовательности К = 2 mn ± 1 и знак "+" - к гармоникам обратной последовательности.

Частота скольжения для ВВГ электромагнитного поля f = К•f1•Sк. При пересечении гармоническими составляющими магнитного поля элементарных проводников паза с частотой f в последних наводятся вихревые токи, которые приводят к неравномерному распределению результирующего тока по высоте проводника и дополнительным потерям мощности. Величина этих дополнительных потерь зависит от высоты элементарного проводника и исполнения короткозамыкающего кольца. При массивном кольце и расслоенном стержне имеют место практически те же потери, что и с массивным стержнем, т.к. по торцам ротора элементарные проводники замкнуты накоротко, а магнитное поле по длине расточки ротора можно считать равномерным.

В предложенной конструкции исключается короткое замыкание между элементарными проводниками стержня, что позволяет получить идеальное расслоение стержня и снизить дополнительные потери от поверхностного эффекта. Расчеты показывают, что для опытной тяговой машины АТД НБ-609 мощностью 950 кВт магистрального грузового электровоза идеальное расслоение стержня на пять элементарных изолированных проводников позволяет в диапазоне частот 15 - 45 Гц снизить потери в обмотке ротора при широтно-импульсной модуляции питающего напряжения и кратности несущей и основной частоты ε = 6 в 2,0 - 1,3 раза и составляет 30 - 8 кВт.

Источники информации
1. Петров Г.Н. Электрические машины, ч. 2. Асинхронные и синхронные машины, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, с. 70, рис. 4-1а.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. Изд. 2-ое перераб. и доп. Л.: Энергия, 1974, с. 359 - 360, рис. 19-4.

3. Курбасов А. С. Особенности проектирования частотно-управляемых асинхронных двигателей. Электротехника, 1990, N 9, с. 29 - 33.

Похожие патенты RU2152117C1

название год авторы номер документа
ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 2004
  • Грачев Павел Юрьевич
  • Сарапулов Федор Никитович
  • Ежова Елена Владимировна
RU2275729C1
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА 2012
  • Грачев Павел Юрьевич
  • Горбачев Евгений Евгеньевич
RU2526835C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ ТИПА БЕЛИЧЬЕЙ КЛЕТКИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ОРГАНЕ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ 1936
  • Фридкин П.А.
SU52388A1
ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ 2012
  • Грачев Павел Юрьевич
  • Горбачев Евгений Евгеньевич
RU2509402C1
КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР С ОПОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ 2020
  • Бауэр, Кристиан
  • Брандль, Конрад
  • Клепциг, Маркус
  • Шляйхер, Клаус
RU2802343C1
РОТОР (ЯКОРЬ) ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) 2011
  • Новосельцев Михаил Сарпионович
  • Замира Юрий Васильевич
  • Аргунов Юрий Васильевич
RU2485658C2
АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 2018
  • Миханошин Виктор Викторович
RU2759161C2
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1996
  • Обухов Виталий Арсеньевич
  • Удальцов Александр Валентинович
RU2096896C1
АСИНХРОННАЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ МАШИНА 2013
  • Грачев Павел Юрьевич
  • Горшков Роман Геннадьевич
  • Костюченко Антон Павлович
RU2558672C2
Ротор асинхронного двигателя 1981
  • Кухарский Май Петрович
  • Ковалев Юрий Михайлович
  • Хаит Яков Моисеевич
SU1080236A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 152 117 C1

Реферат патента 2000 года КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ОБМОТКА РОТОРА АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в частотно-управляемых асинхронных машинах на транспорте и в промышленности. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной машины содержит уложенные в пазы сердечника стержни, расслоенные по высоте на элементарные проводники, изолированные друг от друга диэлектриком, и короткозамыкающие кольца, выполненные из ряда изолированных диэлектриком элементарных колец, замыкающих по два и по одному элементарному проводнику стержня каждого паза соответственно. Изобретение позволяет снизить электрические потери в короткозамкнутой обмотке ротора от высших временных гармоник напряжения при питании машины от источника несинусоидального напряжения. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 152 117 C1

1. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины, содержащая уложенные в пазы сердечника стержни, расслоенные по высоте на элементарные электрически изолированные проводники и короткозамыкающие кольца, отличающаяся тем, что короткозамыкающие кольца выполнены из элементарных электрически изолированных колец, соединенных с одним или двумя элементарными проводниками каждого паза. 2. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины по п.1, отличающаяся тем, что число элементарных проводников стержня нечетное и с одного торца ротора одно элементарное короткозамыкающее кольцо соединено только с нижним элементарным проводником каждого паза, а остальные соединены с двумя элементарными проводниками, а с другого торца ротора одно элементарное короткозамыкающее кольцо соединено с верхним элементарным проводником каждого паза, а остальные соединены с двумя элементарными проводниками каждого паза. 3. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронной электрической машины по п.1, отличающаяся тем, что число элементарных проводников стержня четное и с одного торца ротора короткозамыкающее кольцо состоит из элементарных колец, соединенных с двумя проводниками каждого паза, а с другого торца ротора два элементарных короткозамыкающих кольца, каждое в отдельности, соединены с нижним и верхним проводниками стержня каждого паза, а остальные соединены с двумя проводниками стержня каждого паза.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2152117C1

КУРБАСОВ А.С
Особенности проектирования частотно-управляемых асинхронных двигателей
- Электротехника, 1990, N 9, c.29-33
СТАТОРНАЯ ОБМОТКА ДВУХПОЛЮСНОГО ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 1991
  • Власов В.Г.
  • Морозов Н.М.
RU2046515C1
US 3959678 A, 25.05.1976
US 4234810 A, 18.11.1980
Горный компас 0
  • Подьяконов С.А.
SU81A1
ПЕТРОВ Г.Н
Электрические машины, ч.2; Асинхронные и синхронные машины
- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963, с.70, рис.4-1а
ВОЛЬДЕК А.И
Электрические машины, изд.2 - Л.: Энергия, 1974, с.359, рис.19-4.

RU 2 152 117 C1

Авторы

Талья И.И.

Таргонский И.Л.

Пустоветов М.Ю.

Даты

2000-06-27Публикация

1997-01-20Подача