Массивный ротор асинхронной электрической машины Советский патент 1992 года по МПК H02K1/06 H01K1/22 

тора и уменьшения отношения - является

I.

то, что такое увеличение в процессе разгона не зависит от частоты тока в роторе, т.е. от скольжения, как это имеет место, например, в короткозамкнутых роторах с двойной беличьей клеткой, поэтому энергетические параметры КПД и других, а также форма электромеханической характеристики двигателя с таким массивным ротором в режиме пуска не оптимальны.

Наиболее близким к изобретению является ротор асинхронного двигателя, на цилиндрической поверхности массивного ферромагнитного цилиндра которого выполнено рифление в виде кольцевых канавок преимущественно прямоугольного сечения. Канавки позволяют снизить в роторе добавочные потери от высших гармоник поля.

Однако глубина прорезей не согласована с глубиной проникновения основной гармоники поля в тело ротора, поэтому прорези не оказывают влияния на сопротивление ротора, его пусковой ток и вращающий момент; величина сопротивления массивного ротора мало зависит от величины скольжения, поэтому не обеспечивается оптимальная для режима разгона электромеханическая характеристика и минимальная величина пускового тока электродвигателя на единицу вращающего момента.

В силу известного электродвигатель с массивным ротором имеет, в режиме пуска недостаточно высокий КПД и неполное использование активных материалов.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей электродвигателя с массивным ротором в режиме пуска за счет снижения потерь и повышения КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в известном массивном роторе, содержащем ферромагнитный сердечник, на цилиндрической наружной поверхности которого выполнены поперечные прорези, глубина прорезей выполнена равной глубине проникновения в ротор тока при частоте, соответствующей скольжению ротора от 0,5 до 0,1.

При частоте питающей сети fo частота тока в роторе fa может быть выражена через скольжение S

f2 foS.

V

Глубина А проникновения тока частотой fa в материал ротора, имеющий удельное сопротивление р и магнитную

проницаемость ц определяется по известной формуле

Д

я f о S /г

Если на роторе выполнены поперечные прорези, глубина которых превышает глубину проникновения в ротор тока заданной частоты, то ротор для тока этой частоты име0 ет повышенное сопротивление. Когда же глубина прорезей меньше глубины проникновения тока, то такие прорези несущественно влияют на сопротивление ротора этому току.

5 В процессе разгона электродвигателя частота тока в роторе снижается от частоты питающей сети при скольжении, равном 1,0, до несколько герц в конце разгона. Соответственно снижению частоты увеличивается

0 глубина проникновения тока в ротор.

Электродвигатели с массивным ротором имеют сравнительно мягкую механическую характеристику, поэтому окончанием режима разгона принимается величина

5 скольжения 0,1. Исходя из этого, максимальная глубина прорезей принимается равной глубине проникновения в ротор тока при скольжении 0,1. Минимальная глубина прорезей принята равной глубине проник0 новения тока при скольжении 0,5 из условий подавления высших гармоник тока на всем диапазоне скольжений периода пуска.

Если на массивном роторе выполнена поперечная прорезь глубиной, например,

5 равной глубине проникновения тока при скольжении 0,5, чему при частоте сети 50 Гц соответствует частота основной гармоники тока в роторе 25 ГЦ, то эта прорезь увеличивает сопротивление ротора при разгоне в

0 диапазоне скольжения 0,1-0,5. При дальнейшем уменьшении скольжения глубина проникновения тока в ротор превышает глубину прорези и влияние прорези на величину сопротивления ротора резко снижается.

$ Прорези указанной глубины повышают сопротивление ротора в диапазоне скольжения 1,0-0,5.

Аналогично, когда прорезт выполнена 0 глубиной равной глубине проникновения тока при скольжении, например, 0,3 (частота тока 15 Гц), то благодаря этой прорези ротор будет иметь более высокое сопротивление в диапазоне скольжений 1.0-0,3. Если же на 5 роторе имеются прорези глубиной, соответствующей скольжению как 0,5, так и 0,3, то в диапазоне S, равном 1,0-0,5, сопротивление ротора будет увеличено под влиянием всех прорезей, а в диапазоне S 0,5-0,3 только под влиянием прорезей глубиной, соответствующей S 0,3.

Выполнив на роторе требуемое количество прорезей разной глубины, можно создать необходимое сопротивление ротора токам основной гармоники и обеспечить другие требуемые параметры при каждом значении и на всем диапазоне скольжений.

Предложенная по сравнению с прототипом глубина поперечных прорезей на цилиндрической поверхности массивного ротора, равная глубине проникновения в материал ротора тока на частоте, соответст- вующей величине скольжения ротора от 0,5 до 0,1, обуславливает улучшение в режиме разгона энергетических параметров электродвигателя, а именно: повышение сопротивления ротора в заданной функциональной зависимости от величины скольжения, обеспечивающее снижение потерь и повышение КПД.

На чертеже схематически изображен предлагаемый ротор.

Например, Для асинхронного электродвигателя массивный ротор предлагаемой конструкции может быть выполнен в виде стального цилиндра 1 диаметром D и длиной L На цилиндрической поверхности ротора выполнены кольцевые канавки 2. глубина которых ho.i: ho.2; гш.з: ho.s равна глубине проникновения тока основной гармоники при скольжениях ротора, равных соответственно 0,1; 0,2; 0,3; 0,5.

Самая глубокая канавка глубиной по.1 делит ротор по длине на две части. По . каждую сторону от этой канавки по длине ротора расположены канавки, рассчитанные соответственно для скольжений 0.2; 0,3; 0,5. Расстояние между канавками и их количество в общем случае выбираются по конструкторским соображениям или исходя из требований создания равномерного или заданного распределения тепловыделения по длине ротора, Ширину прорезей целесообразно выполнять минимальной по условиям технологии изготовления.

При пуске в момент включения электродвигателя, когда S 1,0. частота тока в роторе равна частоте питающей сети, Глубина проникновения тока основной гармоники меньше, чем любая из прорезей. Сопротивление массивного ротора в этом случае максимально. По мере разворачивания ротора скольжение уменьшается, глубина проникновения тока растет. Когда скольжение становится меньше 0,5, глубина проникновения тока становится больше глубины прорезей ho.s влияние этих прорезей на споротивление ротора падает, но

влияние остальных прорезей глубиной больше, чем ho.5, остается.

Аналогичный процесс происходит при дальнейшем разгоне ротора и увеличении глубины проникновения тока до размера остальных прорезей. Таким образом, благодаря последовательному исключению из действия прорезей, глубина которых становится меньше глубины проникновения тока,

сопротивление ротора изменяется по требуемому закону.

При этом можно провести некоторую аналогию между предлагаемым массивным ротором с прорезями, соответствующими

глубине проникновения тока при заданных скольжениях, и короткозамкнутым ротором, имеющим двойную беличью клетку или глубокий паз. В обоих случаях роторы имеют высокое сопротивление.в начале пуска и

требуемое изменение сопротивления при заданных скольжениях в процессе разгона, что позволяет создавать нужную форму механической характеристики электродвигателя и улучшать его энергетичяеские

параметры.

По сравнению с известными устройствами, у которых на массивных роторах выполнены поперечные прорези с глубиной, выбранной по тем или иным критериям, не

связанным со скольжением, предлагаемая конструкция массивного ротора, в котором главным параметром, определяющим глубину прорезей, является скольжение, позволяет получить в режиме разгона оптимальную величину пускового тока и его функциональную зависимость от скольжения, обеспечивающую полное использование активных материалов и вращающего момента двигателя и улучшение на этой базе КПД.

Изготовлен опытный образец ротора и

проведены стендовые испытания асинхронного двигателя с предлагаемым ротором. Электродвигатель с новым массивным ротором применен для раскрутки маховика шахтного гировоза.

Формула изобретения

1.Массивный ротор асинхронной электрической машины, включающий ферромагнитный сердечник, на цилиндрической

наружной поверхности которого расположены поперечные прорези, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью снижения потерь и повышения КПД в режиме пуска, прорези имеют разную глубину, выбранную равной глубине проникновения в ротор тока при частоте, соответствующей скольжению от 0,5 до 0,1.

2.Ротор по п. 1,о тли чающийся тем, что прорези выполнены с уменьшением глубины к торцам сердечника.