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 f2к = К•f1•Sк. При пересечении гармоническими составляющими магнитного поля элементарных проводников паза с частотой f2к 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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ | 2004 |
|
RU2275729C1 |
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА | 2012 |
|
RU2526835C2 |
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ ТИПА БЕЛИЧЬЕЙ КЛЕТКИ В ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ ОРГАНЕ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ | 1936 |
|
SU52388A1 |
ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ | 2012 |
|
RU2509402C1 |
КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР С ОПОРНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ | 2020 |
|
RU2802343C1 |
РОТОР (ЯКОРЬ) ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) | 2011 |
|
RU2485658C2 |
АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ | 2018 |
|
RU2759161C2 |
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА | 1996 |
|
RU2096896C1 |
АСИНХРОННАЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ МАШИНА | 2013 |
|
RU2558672C2 |
Ротор асинхронного двигателя | 1981 |
|
SU1080236A1 |
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.
КУРБАСОВ А.С | |||
Особенности проектирования частотно-управляемых асинхронных двигателей | |||
- Электротехника, 1990, N 9, c.29-33 | |||
СТАТОРНАЯ ОБМОТКА ДВУХПОЛЮСНОГО ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 1991 |
|
RU2046515C1 |
US 3959678 A, 25.05.1976 | |||
US 4234810 A, 18.11.1980 | |||
Горный компас | 0 |
|
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. |
Авторы
Даты
2000-06-27—Публикация
1997-01-20—Подача