Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель Советский патент 1991 года по МПК H02K1/26 

со С

Изобретение относится к области элек- .тромашиностроения. Цель - повышение КПД за счет минимизации искажений сигнала в динамически форсированном режиме разгона. Электродвигатель содержит статор с распределенной обмоткой и короткозамк- нутый ротор. Пазы, составляющие третью часть всех пазов ротора, выполнены углубленными, при этом высота ярма над углубленными пазами не превышает 2/3 высоты над остальными пазами. Участки углубленных пазов, расположенные на каждом полюсном делении, распределены равномерно по окружности ротора. Предложенная конструкция обеспечивает получение оптимального неискаженного сигнала для управления частотного разгона, что повышает КПД. 7 ил.

Изобретение относится к конструкции электрических машин и может быть использовано в электротехнической промышленности.

Цель изобретения - повышение КПД за счет минимизации искажений магнитопро- вода для создания сигнала в динамически форсированном режиме разгона.

На фиг. 1 показан предлагаемый ротор короткозамкнутого асинхронного электродвигателя (статор не показан); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - пластина обращенного исполнения; на фиг. 4 и 5 - зависимости максимально возможного уровня коэффициента амплитудной модуляции полезного сигнала в токе от отношения количества углубленных пазов к количеству обычных пазов и от отношения высоты участков ярма под углубленными пазами к высоте ярма под основными пазами; на фиг. 6 - несущая частота питающего тока с пульсацией огибающей полезного сигнала с двойной частотой скольжения; на фиг. 7 - зависимости изменения магнитного сопротивления от угла поворота реального ротора.

Электродвигатель (на фиг. 1 и 2) состоит из магнитопровода 1 ротора и литой корот- козамкнутой клетки 2. Магнитопровод 1 ротора выполнен из магнитно-мягкого материала, обычно набран из штампованых крайних 3 и средних 4 пластин, и вместе с клеткой 2 закреплен на валу (втулке) 5 ротора с помощью буртика 6 и запорного кольца 7.

В магнитопроводе 1 на каждом полюсном делении т (фиг. 3) в пластинах 3 (4) и 8 (для прямой и обращенной машины) число пазов Пу на дуге I с увеличенной высотой паза 9 выполнено равным 1/3 от общего числа пазов л, а в кольцевом ярме предусмотрено образование участка высотой НЯу ярма 10 с техническим насыщением материала и пониженной магнитной проводимостью под углубленными (увеличенной высоты) пазами 9. Участки I со стороны рао

СО 00 VI

о ел

бочей поверхности расточки магнитопрово- да, на которых размещены углубленные пазы 9, симметричны относительно середины полюсного деления г. При этом высота Ьяу участка ярма 10 составляет не более 2/3 высоты Ья ярма 11 под остальными основными пазами 12, что позволяет обеспечить при заданном токе потребления I за счет насыщения суженных участков получение макси- мал ьно-возможного уровня коэффициента амплитудной модуляции М полезного сигнала в данном токе f электродвигателя в динамических режимах разгона (фиг. 4.5).

Конкретное значение отношения -г%- (которое следует стремиться выбирать наибольшим для получения максимума КПД электродвигателя) в пределах от 2/3 до минимума определяется, исходя из обеспечения насыщения при заданном токе I, При этом в случае получения сигнала модуляции М, превышающего необходимый уровень для надежного функционирования конкретной системы управления разгоном, целесо

образно повысить отношение -г-, что позволяет дополнительно поднять энергетические характеристики электродвигателя. Обычно минимально допустимый уровень коэффициента амплитудной модуляции М .полезного сигнала составляет 1-2%. Минимальное значение отношения

h

яу

определяется, исходя из обеспечения механической прочности ротора, при этом минимальную высоту ЬЯу ярма 10 для электродвигателей с диаметром расточки 50-100 мм выполняют толщиной 2-5 мм.

В углубленные пазы 9 и основные пазы 12 установлена короткозамкнутая клетка 2, выполненная из одного токопроводящего материала.

В результате создания в кольцевом ярме магнитопровода участков с неодинаковой магнитной проводимостью при повороте ротора происходит пульсация намагничивающего тока и соответственно тока потребления | несущей частоты питания пит (кривая 13, фиг. 6) асинхронного электродвигателя. Поскольку изменение тока связано с изменением.индуктивного сопротивления взаимоиндукции, которое пульсирует с двойной частотой скольжения S, то и ток I оказывается модулирован этой частотой с коэффициентом кратности, равным 2. Таким образом, в потребляемом, токе 1фор- мируется полезный сигнал, модулированный двойной частотой скольжения 2S (кривая 14), по частоте которого судят о ско0

,0

5

0

5

0

5

0

5

рости вращения щ или абсолютном скольжении рОТОра S, а Сигнала 2 (Гпит. - - fepaut) 2S, где Тлит - частота питания, Гц; fepaui - частота вращения ротора электродвигателя, Гц. При этом отношение ср- противлений магнитной цепи при насыщении по продольной и поперечной осям находятся на уровне 1, 4, что подтверждается характером зависимости изменения магнитного сопротивления от угла поворота реального ротора электродвигателя при токе потребления 1,5А (на фиг. 7),

При переходе асинхронного электродвигателя в нормальный рабочий режим в его магнитной системе насыщение практически отсутствует. В этом случае исчезает различие магнитных сопротивлений по про- дольной и поперечной осям и исчезают условия для возникновения реактивного момента, что обеспечивает получение на наиболее высоком уровне характеристик асин- хронного электродвигателя в рабочем режиме. Выполнение в магнитопроводе 1 согласно предложенных признаков расположения пазов 9 и 12 вносит в магнитопро- вод минимальные искажения, что обеспечивает возможность получения повышенного КПД электродвигателя. Рекомендуемые отношения также обеспечивают в реальной системе управляемого разгона получение требуемого полезного сигнала М при заданных режимах работы (по току, скольжению, частоте) в широком диапазоне скоростей вращения с учетом конструктивно-технологических ограничений.

Кроме того, наличие полезного сигнала о скорости вращения (скольжении) позволяет существенно уменьшить нежелательные динамические моменты, связанные с установлением требуемой рабочей скорости вращения ротора электродвигателя после переключения с форсированного на рабочий режим питания при постоянной частоте.

Практически это позволяет в необходимых случаях обеспечить рабочий режим сразу после завершения режима разгона. Предлагаемая конструкция электродвигателя наряду с повышением КПД позволяет в 5-10 раз повысить допустимую скорость вращения ротора, повысить монолитность магнитопровода с литой короткозамкнутой клеткой за счет упрощения конструкции магнитопровода и обеспечить оптимальный уровень полезного сигнала скольжения в токе потребления, что позволяет снизить намагничивающий ток, повысить коэффициент мощности машины. Таким образом, изобретение позволяет повысить КПД асинхронного электродвигателя и одновременно

совместить его с функцией датчика скольжения в режимах разгона, упростить технологию изготовления ротора и повысить надежность электрической машины.

Формула изобретения Короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, содержащий двухполюсный статор и ротор с магнитопроводом, имеющим ярмо и пазы, часть из которых в зоне

0

каждого полюсного деления выполнена углубленными, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет минимизации искажений магнитопровода для создания сигнала в динамически форсированном режиме разгона, число углубленных пазов равно 1/3 от их общего числа, а высота ярма под углубленными пазами - не более 2/3 высоты ярма магнитопровода под остальными пазами.

А-А

Фиг.З

#ЛШ,

0,1

3-переменна

0,2 Фиг.4

W

$

ЬО W ZO

W

45 90 155 1дО 25 270 J/S Ш Фиг7

фиг. 6

Л&аЯ