Ротор асинхронной машины Советский патент 1993 года по МПК H02K17/16 H02K1/26 

Фиг,

W

Изобретение относится к асинхронным электрическим машинам и может быть использовано в любых электрических машинах, в которых для обеспечения вращения ротора используется обмотка типа беличьей клетки.

Цель изобретения - улучшение пусковых свойств асинхронных машин и повыше-, ние КПД за счет увеличения электромагнитного момента.

На фиг.1 представлена проекция ротора с сечениями А-А и В-В на фиг.З; на фиг.2 - вид Г на фиг.З; на фиг.З - сечение С-С на фиг.2; на фиг.4 - схема замещения одной фазы роторной обмотки; на фиг.5 дана векторная диаграмма напряжений и токов одной фазы роторной itenn.

Ротор асинхронной машины содержит вал 1 с цилиндрическим шихтованным маг- нитопроводом 2, в котором выполнены продольные пазы 3 с размещенными в них разделенными на две части стержнями А обмотки, каждый из которых выполнен в виде гребенок с зубцами в виде пластин 5 и б из токопроводящего материала, разделенных между собой изоляционными прокладками 7. На одном торце ротора пластины 5 замкнуты короткозамыкающим кольцом 8, а на другом торце пластины 6 замкнуты коротко- замыкающим кольцом 9. Торцевые поверхности пластин 5, примыкающие к короткозамыкающему кольцу 8, изолированы от него изоляционными вставками 10, а соответствующие торцевые поверхности пластин 6 изолированы от кольца 9 изоляционными вставками 11. Таким образом,,стержни 4 обмотки по конфигурации действительно представляют собой гребенки с пластинчатыми зубцами, заходящими друг в друга по всей длине, и при этом изолированные между собой.

На нижней части пластин 5 и 6, примыкающей к противоположным короткозамыкающим кольцам 8 и 9, от которых они изолированы, выполнены выступы 12 и 13, соответственно, направленные внутрь паза 3. Глубина выступов 12 и 13 определяется с таким расчетом, чтобы их можно было замкнуть соответствующими перемычками 14 и 15, не замыкая при этом другие пластины, идущие к соответствующему противоположному короткозамыкающему кольцу 8 или 9. Таким образом, в нижней части выступы 12 и 13 замкнуты токопроводящими перемычками 14 и 15, соответственно, для чего пазы 3 в местах, примыкающих к торцам ротора 1, имеют дополнительные ступенчатые углубления, выполненные на части длины паза 3 и заканчивающиеся в радиальном направлении цилиндрическими участками.

Перемычки 14 и 15, в свою очередь, соединяются со стержнями 16 и 17, соответственно, заложенными в узкие щели паза 3. В нижней части паза 3 стержни 16 и 17 электрически соединены с внутренними дополнм- тельнымитокопроводящими цилиндрическими стержнями 18 и 19, расположенными в теле ротора 2. Внутренние дополнительные цилиндрические стержни

18 и 19 выходят на соответствующую торцовую поверхность ротора 2 и с помощью пе- ремычек 20 и 21, соответственно, электрически соединяются с соответствующими короткозамыкающими кольцами 8 и 9.

При этом пластины 5 и б, составляющие стержни 4, выполняют функции конденсатора, включенного в роторную цепь, Токопро- водящие стержни 16 и 17 и внутренние дополнительные цилиндрические токопроводящие стержни 18 и 19, углубленные в тело ротора 2, имеют повышенное индуктивное сопротивление.

. Схема замещения комплексного сопротивления представлена на фиг.4, она состоцт из конденсатора 22 (Хс), емкость С которого зависит от глубины паза 3, длины ротора 2, количества пластин 5 и 6 и толщины изоляционных прокладок 7. Индуктивное сопротивление 23 (XL) определяется

магнитным потоком, создаваемым в роторе 2, Резистор 24 (R2) характеризуется шунтирующим влиянием перемычек 14 и 15, сопротивлением внутренних дополнительных цилиндрических стержней 17 и 19, перемычками 20 и 21 и короткозамыкающими кольцами 8 и 9. Значение R2 зависит от частоты тока ротора: -S, где fi - частота сети; S - скольжение, определяется большим индуктивным сопротивлением рассеяния и это сопротивление тем больше, чем выше частота тока ротора. Резистор 25 (Ri) является омическим сопротивлением пластин 5 иб.

Комплексное сопротивление ротора может быть вычислено по формуле:

Zp Ri+jXLjXc Rc

R2-jXc

Асинхронная электрическая машина с предложенным ротором работает следующим образом. При пуске частота тока ротора равна частоте сети, а э.д.с. ротора равна

Ер-4,44 OmfiS Коб-Wp.

где Фт магнитный поток,

Коб. обмоточный коэффициент. Wp - число витков обмотки ротрч.

Индуктивное сопротивление 23 при пуске определяется пр формуле:

XL 2 yrfi SL2,

5

где и - индуктивное сопротивление, определяемое магнитным потоком и при пуске () имеет максимальное значение, в т.о же время емкостное сопротивление, находящееся по формуле:10

2jrfi S С

где С - ёмкостное сопротивление, опреде- ляемое пластинчатым строением стержня, имеет, наоборот, минимальную величину (режим противовключения во внимание не принимается), Сопротивление R2 имеет максимальное значение благодаря большому индуктивному рассеянию. Его шунтирующим влиянием при пуске для простоты расчета можно пренебречь. Тогда комплексное сопротивление можно приближенно вычислить:

Ri -I- iXi - - -1 L- K1 J L 1 -JXC/R2

RrM(XL--Xc),

Соответствующим подбором емкостного сопротивления Хс можно в значительной мере компенсировать индуктивное сопротивление,с .

На фиг,5 дается сравнительное представление о соотношениях тока и напряжения для традиционного электродвигателя (пунктирная линия) и предложенного. Бла- годаря наличию пластинчатой структуры стержней ротора и образованному за счет этого емкостному сопротивлению угол сдвига р между напряжением и током 1р. (сплошная линия) уменьшается Как известно, электромагнитный момент асинхронной машины может быть найден из формулы:

Мэл К Фт Ip cosy),

где К - коэффициент пропорциональности,

Из формулы следует, что пусковой момент двигателя будет у предложенной машины значительно больше, чем у традиционной, По мере разгона ротрра, частота тока будет уменьшаться и при выходе на номинальный режим скольжение обычно составляет S 0,02 - 0,04. Это означает, что индуктивное сопротивление XL будет очень мало, а индуктивным сопротивлением рас5

0

5 0 5

0

5.

. 0 5

0

5

сеяния RL также можно пренебречь. Емкостное сопротивление пластин 5, 6 стержней 4 стремится к бесконечности. Тогда комплексное сопротивление ротора будет приближенно определяться следующим выражением:.

+ R2.

Биноминальном режиме асинхронная машина с предложенной конструкцией ротора практически ничем не будет отличаться от обычной асинхронной машины,

Таким образом, асинхронная машина с предложенным ротором имеет при пуске емкостное сопротивление в роторной цепи, что приведет к повышению коэффициента мощности во всем диапазоне скоростей от О до номинальной, повышению пускового момента и снижению пусковых токов, Это определяет и более высокий к.п.д. машины.

Таким образом, изобретение позволяет улучшить пусковые свойства ротора и повысить к.п.д, на низких оборотах, обеспечивая более высокий коэффициент мощности, благодаря использованию ротора пластинчатой конструкции, пластины которого выполняют роль регулируемого емкостного сопротивления. При этом обеспечиваются и более высокие пусковые моменты.

Формула изобретения

Ротор асинхронной машины, содержащий шихтованный магнитопровод с продольными пазами, в которых уложены стержни обмотки, состоящие из изолированных одна от другой частей, замкнутых по торцам магнитопровода короткозамыкаю- щими кольцами, отличающийся тем. что, с целью улучшения пусковых свойств и повышения КПД при пониженной частоте вращения, продольные пазы выполнены со ступенчатыми углублениями, на торцах магнитопровода, заканчивающимися в радиальном направлении цилиндрическими участками, ротор снабжен дополнительными цилиндрическими токопроводящими стержнями, размещенными в цилиндрических участках углублений и электрически со- единенными с близлежащими короткозамыкающими кольцами, а стержни обмотки выполнены в виде гребенок с зубцами в виде заходящих одна в другую по всей длине пластин, изолированных между собой и от противополох ного короткозамы- кающего кольца, имеющих размещенные в углублениях пазов выступы, которые замкнуты между собой и соединены с цилиндрическими токопроводящими стержнями.

Si

-1

JS

Qo

«s

«

1

cS

Р

г

m

Сущность изобретения: ротор содержит шихтованный магнитопровод с пазами 3. Стержни 4 обмотки выполнены в виде входящих одна в другую гребенок из продольных пластин 5 и 6, -изолированных прокладками 7, По торцам стержни 4 присоединены к короткозагЦкагащим кольцам. Электрическая емкость между пластинами 5 и 6 обеспечивает улучшение пусковых характеристик и повышение КПД при пониженной частоте вращения. 5 ил.

Фиг.5.