РОТОР АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H02K17/18 H02K17/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным электродвигателям с короткозамкнутой обмоткой ротора.

Известен ротор асинхронного электродвигателя, стержни короткозамкнутой обмотки которого в каждом пазу состоят из трех проводников: медного, стального в виде трубки, охватывающей медный проводник. Эти два проводника образуют пусковую клетку. Остальная часть паза, представляющая рабочую клетку, заполнена алюминием или его сплавом [1].

Такая конструкция ротора сложна в изготовлении и не позволяет производить заливку пазов рабочей обмотки в магнитопровод с соотношением L/d более 4, где d - диаметр ротора, a L - его длина.

Известен также ротор асинхронного электродвигателя, совпадающий с предлагаемым изобретением по большинству основных признаков, содержащий сердечник с пазами, короткозамкнутую обмотку с рабочей и пусковой клетками, причем пусковая клетка выполнена в виде вставных проводников из материала с меньшей удельной электропроводностью, чем рабочая клетка и короткозамыкающие кольца [2].

Недостатки предложенного ротора заключаются в следующем. Сложная конструкция короткозамкнутой клетки приводит к большим производственным затратам и усложненным технологиям изготовления, т.к. необходимо перед заливкой ротора закреплять в каждом пазу в строго определенном положении по два вставных проводника. Кроме того, такой ротор имеет низкую эксплуатационную надежность, так как в пазу установлены проводники с разным температурным коэффициентом линейного расширения, что при высоких температурах, при которых работает ротор, приводит к температурным напряжениям материалов обмотки и в конечном итоге к их разрушению. Конструкция паза и наличие в нем двух вставных проводников резко уменьшает необходимое для заливки ротора сечение паза и поэтому в качестве заливочного материала может быть использован только алюминий или его сплавы. По этой же причине увеличивается вероятность литейных дефектов.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы, улучшение электромагнитных характеристик асинхронного электродвигателя в повторно-кратковременных режимах при одновременном снижении производственных затрат за счет упрощения технологии изготовления короткозамкнутого ротора.

Для этого в известном роторе асинхронного электродвигателя, содержащем сердечник с пазами, короткозамкнутую обмотку с рабочей клеткой и пусковой клеткой, которая выполнена в виде вставных проводников из материала с меньшей удельной электропроводностью, чем рабочая клетка и короткозамыкающие кольца, предлагается пусковую клетку выполнить только из указанных вставных проводников, которые должны не превышать длины магнитопровода, а ее контакт с рабочей клеткой осуществить в каждом пазе как односторонний по всей длине вставного проводника.

Рабочую клетку и короткозамыкающие кольца выполнить литыми из меди.

Перечисленные выше признаки изобретения, отличные от прототипа, необходимы и достаточны во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны изобретения.

Выполнение пусковой клетки только из вставных проводников позволяет выполнить паз одноклеточным и полностью использовать сечение паза, предназначенное для пусковой клетки. Это значительно упростит технологию изготовления ротора. Применение вставных проводников длиной, не превышающей длины магнитопровода ротора, дает экономию материала. Выполнение рабочей клетки и короткозамыкающих колец литыми из меди повышает надежность работы электродвигателя при высоких температурах. Кроме того, такая конструкция пусковой и рабочей клеток позволяет осуществить надежный контакт между пусковой и рабочей клетками по всей длине паза.

Предлагается также вставной проводник выполнить с изменяющейся удельной электропроводностью по его длине. Это позволит, не изменяя конструкцию ротора, получать асинхронные электродвигатели с разными пусковыми характеристиками.

Пусковая клетка может быть выполнена из составных по длине проводников с зазором между ними, заполненным литой медью рабочей клетки, из материалов разной удельной электропроводности или площади сечения и конфигурации. Все эти отличительные признаки позволяют изготавливать асинхронные электродвигатели, роторы которых при новой конструкции и технологии изготовления дают возможность получить необходимые пусковые характеристики.

На фиг.1 показан продольный разрез ротора с пусковой обмоткой из цельных вставных проводников; на фиг.2 показано поперечное сечение ротора (разрез А-А на фиг.1); на фиг.3 показан продольный разрез ротора с пусковой обмоткой из составных по длине проводников с зазором между ними; на фиг.4 показан продольный разрез ротора с пусковой обмоткой из цельных проводников, состоящих из участков с разной удельной электропроводностью.

Ротор асинхронного электродвигателя содержит шихтованный сердечник 1, в пазах 2 которого размещена короткозамкнутая обмотка, состоящая из литых медных короткозамыкающих колец 3 и литых стержней 4, образующих рабочую клетку, и вставных стержней 5 с меньшей удельной электропроводностью, образующих пусковую клетку.

Пусковая клетка может иметь цельные стержни 5, составные стержни 6 с зазором 7 из проводников, разных по площади поперечного сечения, конфигурации, длине и удельной электропроводности, и цельных стержней 8, состоящих из участков с разной электропроводностью.

Пусковая клетка занимает верхнюю часть паза и имеет односторонний контакт с рабочей литой клеткой, паз при этом может быть как открытым 9, так и закрытым 10.

Для удержания вставных стержней пусковой клетки в нужном положении паз может иметь коническую форму 11 или специальные элементы конструкции паза 12. В сердечниках роторов, имеющих конструкцию паза 13, удержание вставных стержней пусковой клетки осуществляется промежуточными пакетами листов ротора 14 специальной конструкции пазов 11, 12, состоящих из одного или нескольких листов и расположенных на расчетном расстоянии друг от друга.

Устройство работает следующим образом

Во время пуска двигателя, когда ток в роторе имеет высокую частоту, происходит его вытеснение в пазах в направлении от оси ротора, при этом сопротивление пусковой клетки, выполненной в виде вставных проводников 5, многократно возрастает. Это приводит к повышению пускового момента на 15...20%, в том числе за счет того, что вставные проводники выполнены из материала с меньшей удельной электропроводностью, чем рабочая клетка 4.

При многократных пусках, присущих повторно-кратковременным режимам работы двигателя, происходит интенсивное нагревание элементов пусковой клетки (составных проводников). Однако, учитывая то, что они выполнены из одного и того же материала (сплав меди с легирующими металлами), температурный коэффициент линейного расширения у них остается практически одинаковым со стержнями рабочей клетки, выполненной из литой меди. Поэтому не возникают температурные напряжения в клетке ротора в целом. При этом надежность клетки ротора возрастает по сравнению с прототипом.

При выходе на установившийся режим работы электродвигателя основные потери мощности в обмотке ротора (до 95%) приходятся на рабочую клетку. Так как рабочая клетка выполнена из меди (литая), то потери в ней будут меньшими, чем у прототипа. При этом повышается КПД двигателя и улучшаются электромагнитные характеристики в целом.

Выполнение составных проводников из материалов разной удельной электропроводности позволяет улучшить эксплуатационные характеристики двигателя, в частности получать моментные характеристики с заданными кратностями пускового, максимального и вращающих моментов, обеспечивая заданную перегрузочную способность и повышая надежность двигателя в целом.

Этой же цели служит конструкция пусковой клетки, выполненная из составных по длине проводников 6 и 8 с зазором между ними 7, заполненным литой медью рабочей клетки 4, а также из составных по длине проводников 5, 9, 10, отличными друг от друга как по площади сечения, так и по конфигурации.

В предлагаемой конструкции ротора упрощена технология изготовления ротора в сравнении с прототипом при одновременном снижении производственных затрат. Переход на глубокий паз клетки ротора вместо двухклеточного позволит повысить коэффициент мощности двигателя на 10...15% за счет уменьшения индуктивного сопротивления роторной цепи, при этом потребляемый ток из сети, потери в обмотке статора и превышение температуры обмотки снижаются в сравнении с прототипом. Указанное также является причиной улучшения электромагнитных характеристик асинхронного электродвигателя и повышения надежности его работы.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1654935, кл. Н02К 17/16, 1991 г.

2. Авторское свидетельство СССР № 1644308, кл. Н02К 17/18, 1991 г.

Изобретение относится к области электротехники, а именно асинхронным электродвигателям с короткозамкнутой обмоткой ротора. Сущность изобретения состоит в следующем. Короткозамкнутый ротор асинхронного электродвигателя содержит сердечник с пазами, короткозамкнутую обмотку с рабочей и пусковой клетками, причем пусковая клетка выполнена в виде вставных проводников из материала с меньшей удельной электропроводностью, чем рабочая клетка и короткозамыкающие кольца. При этом согласно изобретению пусковая клетка выполнена только из указанных вставных проводников и ее длина не превышает длины магнитопровода ротора, а рабочая клетка в каждом пазе магнитопровода ротора имеет только односторонний контакт с пусковой клеткой по всей длине вставного проводника, при этом рабочая клетка и короткозамыкающие кольца выполнены литыми из меди, а вставные проводники пусковой клетки по их длине выполнены в виде частей из материалов с разной удельной электропроводностью. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в улучшении электромагнитных характеристик асинхронного электродвигателя в повторно-кратковременных режимах при одновременном снижении производственных затрат за счет упрощения технологии изготовления короткозамкнутого ротора и экономии материалов. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ротор асинхронного электродвигателя, содержащий сердечник с пазами, короткозамкнутую обмотку с рабочей и пусковой клетками, причем пусковая клетка выполнена в виде вставных проводников из материала с меньшей удельной электропроводностью, чем рабочая клетка и короткозамыкающие кольца, отличающийся тем, что пусковая клетка выполнена только из указанных вставных проводников и их длина не превышает длину магнитопровода ротора, а рабочая клетка в каждом пазе магнитопровода ротора имеет только односторонний контакт с пусковой клеткой по всей длине вставного проводника, при этом рабочая клетка и короткозамыкающие кольца выполнены литыми из меди, а вставные проводники пусковой клетки по их длине выполнены в виде частей из материалов с разной удельной электропроводностью.2. Ротор асинхронного электродвигателя по п.1, отличающийся тем, что части вставных проводников пусковой клетки по их длине выполнены составными.3. Ротор асинхронного электродвигателя по п.2, отличающийся тем, что вставные проводники пусковой клетки по их длине в каждом пазе выполнены из составных частей с зазорами между ними, заполненными медью литой рабочей клетки.4. Ротор асинхронного электродвигателя по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что части вставного проводника пусковой клетки выполнены отличными друг от друга как по площади сечения, так и по конфигурации.5. Ротор асинхронного электродвигателя по п.4, отличающийся тем, что вставные проводники пусковой клетки выполнены из латуни.6. Ротор асинхронного электродвигателя по п.5, отличающийся тем, что пусковая клетка выполнена с меньшим числом проводников, чем рабочая.