Массивный ротор асинхронного двигателя Советский патент 1993 года по МПК H02K1/22 

н

00

ю со

о

VI

(Л

Сущность изобретения: ротор содержит шихтованный сердечник 4, стальной цилиндр 3 и втулку из железомедного сплави 3 с торцевыми короткозамыкающими кольцами 5, Втулка 2 состоит из двух одинаковых частей, соединенных между собой электрически в центральной плоскости ротора . Удельное содержание меди в сплаве материала втулки монотонно увеличивается от центра к торцам. Удельное сопротивление сплава в центре составляет 1,6-1,7 сопротивления на торцах. Внешний диаметр втулки на торцевых участках моноточно уменьшается к торцам. Приведены формулы для определения радиальной толщины втулки и стального цилиндра. 1 ил Ч 5 т& i СО С

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным двигателям с массивным двухслойным ротором.

Цель изобретения - улучшение энергетических показателей и повышение эффективности использования двигателя с массивным двухслойным ротором.

Поставленная цель достигается в результате того, что в роторе асинхронного двигателя, который содержит шихтованный сердечник с насаженной на него рабочей втулкой с торцевыми короткозамыкающими кольцами, предусмотрены следующие конструктивные отличия:

1) втулка выполняется из двух расположенных цилиндров, причем наружный, называемый рабочей втулкой, имеет толщину в радиальном направлении

hi (0,7-0,9) V Pi .

WyWo/Л S

внутренний стальной цилиндр имеет толщину

h2 ( 0,7 - 0,9 ) V &.

(Dfia (Л2 S

где р - среднее удельное электрическое сопротивление материала рабочей втулки;

/.ц - средняя относительная магнитная проницаемость материала рабочей втулки;

р2 - удельное электрическое сопротивление материала цилиндра;

цг - относительная магнитная проницаемость материала цилиндра;

//о - магнитная постоянная;

S - скольжение в номинальном режиме.

2) рабочая втулка составлена из двух одинаковых частей, изготовленных из железо-медного сплава, расположенных симмет- рично и соединенных между собой электрически в центральной плоскости ротора, в каждой части втулки содержание меди в сплаве монотонно увеличивается от

центра к торцам так, что удельное электри

ческое сопротивление сплава в центре составляет 1,6-1,7 удельного сопротивления на торцах,

3) внешний диаметр втулки на торцевых участках монотонно уменьшается к торцам так, что величина воздушного зазора между ротором и статором в торцевой части составляет 1,6-1.7 зазора в центральной части.

На чертеже показан параллельный разрез ротора.

Пунктиром на чертеже условно показан статор (1). Ротор состоит из рабочей втулки (2), внутреннего цилиндра (3) шихтованного сердечника (4) и медных колец (5). Вал (6) объединяет все элементы ротора.

Рабочая втулка ротора (2) составлена из двух одинаковых частей. Они выполнены из двух отливок железо-медного сплава и расположены симметрично на внутреннем ци- линдре (3) таким образом, что участки с большим содержанием меди (нижние части отливок) находятся на торцах ротора, а участки с меньшим содержанием меди (верхние части отливок) находятся в центральной

плоскости ротора, где они соединены между

собой электрически, например спаяны. Распределение меди по высоте каждой из отливок, составляющих рабочую втулку таково, что их удельное сопротивление в центре составляет 1,6-1,7 удельного сопротивления на торцах. Внешний диаметр втулки на торцевых участках монотонно уменьшается к торцам, так что величина воздушного зазора между ротором и статором в торцевой

части составляет 1.6-1,7 зазора в центральной части.

Толщина рабочей втулки в радиальном направлении равна

25

hi(0,7-0,9) V 2pi

U)fio/H S

толщина стального цилиндра

0

5

5

0

h2(0,7-0,9) V

Рабочая втулка и стальной цилиндр насажены втугую на шихтованный сердечник (4) и соединены по торцам медными короткозамыкающими кольцами. Размеры, этих колец определяются расчетом.

Физические процессы в роторе описываются следующими взаимодействиями. Вращающееся магнитное поле взаимоиндукции, создаваемое обмоткой статора, пронизывает рабочую втулку ротора и замыкается по шихтованному сердечнику, имеющему высокую магнитную проницаемость. Это поле индуктирует в рабочей втулке вихревые токи, имеющие осевые и тангенциальные составляющие. Электромагнитный момент на роторе образуется в результате взаимодействия нормальной составляющей магнитной индукции поля и осевой составляющей тока. Чем больше названные составляющие, тем больше электромагнитный момент. Увеличению нормальной составляющей индукции способствует постоянное увеличение магнитной проницаемости по глубине ротора, что обусловлено соотношением fi i i 2 Ц ш (ju ш - магнитная проницаемость шихтованного сердечника). Магнитное поле как бы засасывается вглубь ротора. Увеличению осевой составляющей тока способствует постоянное

уменьшение удельного электросопротивления к периферии ротора: тангенциальные составляющие тока как бы отсасываются к торцевым к.ороткозамыкающим кольцам из меди и эквивалентное сопротивление ро- тора уменьшится. Увеличение воздушного зазора на торцах ротора приводит к снижению поверхностных потерь именно в зоне действия магнитных индукций. Одновременно снижаются тормозные моменты от взаимодействия высших гармоник магнитной индукции, обусловленных зубчатостью статора и другими причинами, и соответствующих им токов ротора. В целом механическая характеристика двигателя становится более жесткой, потери снижаются, а КПД и коэффициент мощности растут.

Ротор обладает следующими преимуществами более полное использование активной части ротора за счет оптимального сочетания электромагнитных свойств и геометрических соотношений рабочей втулки и внутреннего цилиндра.

Использование эффекта электрической и магнитной анизотропии, достигаемые за счет использования естественного неравномерного распределения меди и железа при отливке сплава путем расположения этих отливок на роторе при его сборке.

Эти технические преимущества направ- лены на улучшение энергетических показателей и повышения эффективности использования двигателя.

Формула изобретения Массивный ротор асинхронного двигателя, содержащий шихтованный сердечник и втулку из железо-медного сплава с торцевыми короткозамыкэющими кольцами, о т л ичающийся тем, что. с целью улучшения энергетических показателей и повышений мощности, ротор снабжен стальным цилиндром, расположенным между шихтованным цилиндром и втулкой, втулка состоит из двух одинаковых частей, соединенных между собой электрически в центральной плоскости ротора, в каждой части втулки содержание меди в сплаве монотонно увеличивается от центра к торцам так, что удельное электрическое сопротивление сплава в центре составляет от 1.6 до 1,7 удельного сопротивления на торцах, внешний диаметр втулки на торцевых участках монотонно уменьшается к торцам так, что величина воздушного зазора между ротором и статором в торцевой части составляет от 1,0 до 1,7 зазора в центральной части, толщина рабочей втулки в радиальном направлении равна

hi(0,7-0,9) V ip

Wftofll S

толщина стального цилиндра

h2 ( 0.7 - 0,9 ) V

(Oflofl S

где р - среднее удельное электрическое сопротивление материала рабочей втулки;

/Л - средняя относительная магнитная проницаемость материала рабочей втулки;

удельное электрическое сопротивления материала цилиндра;

(.12 относительная магнитная проницаемость материала цилиндра; - магнитная постоянная;

3 - скольжение в номинальном режиме; (О - угловая частота.