Асинхронный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K17/02 H02K1/06 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к трехфазным асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым или фазным ротором, имеющим повышенное значение коэффициента полезного действия.

Известны асинхронные электродвигатели, содержащие статор и ротор с назами для обмоток I.

Однако такие двигатели обладают недостаточным КИД.

Известен также асинхронный электродвигатель, содержащий магнитопроводы статора и ротора с пазами для обмоток 2.

Этот двигатель наиболее близок по технической сущности и достигаемому результату к изобретению. Увеличение КПД данного двигателя по сравнению с двигателями основного исполнения достигается з& счет увеличения расхода активных материалов.

Цель изобретения - уменьшение расхода активных материалов при сохранении КПД двигателя.

Для этого на участках (0,25-0,6) общей длины магнитопроводов пазы выполнены с относительным скосом, величина которого определяется по формуле

бе (0,014-0,07),

где D - диаметр расточки статора;

Р - число пар полюсов. На фиг. I показано распределение максимального значения индукции в зазоре вдоль оси электродвигателя без скоса пазов (кривая 1) и с частичным скосом (кривая 2); на фиг. 2 представлен один из примеров развертки магнитной цепи электродвигателя описываемого устройства, пунктирными

линиями показаны оси пазов 3 ротора, сплошными-оси пазов 4 статора; на фиг. 3 дана пространственная векторная диаграмма асинхронного двигателя; на фиг. 4 - вариант устройства с частичным скосом

пазов по краям ротора; на фиг. 5-8 - варианты устройства со скосом пазов иа роторе и статоре.

Повышение КПД асинхронного электродвигателя данного устройства основано на следующем.

Известно, что в зоне номинального скольжения асинхронных двигателей, у которых оси пазов статора и ротора параллельны на всей длине пакета стали (электродвигатели без скоса пазов), максимальное значение индукции результирующего потока в зазоре машины Som не изменяется вдоль оси машины в пределах пакета стали (фиг. 1, кривая 1).

Также известно, что в асинхронных электродвигателях со скосом пазов (оси пазов статора и ротора скрещиваются вдоль всей длины пакета стали машины) в зоне номинальиого скольжения значение Вот вдоль оси машины является переменной величиной. При этом в центре пакета стали значения Вцт. в зазоре машины без скоса и со скосом пазов практически равны, от этой точки вдоль оси машины индукция новышается к одному из краев пакета стали и понижается к другому. Отсюда вытекает, что в зоне номинального скольжения поток в зазоре машины со скосом пазов практически равен потоку этой же машины без скоса назов.

В двигателе в той зоне машины, для которой у двигателя со скосом пазов образуется ослабление потока, предлагается пазы статора и ротора выполнить взаимопараллельными (фиг. 2), что приведет к повышению значения Бош в этой зоне примерно до величины, имеющей место в машине без скоса пазов. В результате поток машины в целом увеличивается и оказывается больше, чем поток двигателя без скоса или со скосом пазов при том же скольжении (фиг. 1, кривая 2). Как показывает анализ, поток машины нри этом возрастает на 2-3% в целом для машины, что приводит к увеличеПИЮ момента электродвигателя.

Из пространственной векторной (фиг. 3) диаграммы следует, что увеличение результирующей МДС FQ приводит к уменьшению угла 2 и. следовательно, к еше большему увеличению момента. Однако этот резерв повышения момента невелик вследствие высокого значения cos -фг у современных электродвигателей.

Увеличение момента электродвигателя вызывает уменьшение скольжения (при постоянном моменте нагрузки на валу). В результате уменьшения скольжения снижаются потери в меди машины. Все эти факторы и приводят к росту КПД машины предлагаемого устройства или к уменьшению расхода активных материалов при сохранении КПД. Из фиг. 3 следует, что увеличению МДС FO машины соответствует увеличение угла в.

Анализ показывает, что максимальный прирост магнитного потока наблюдается при общей длине скоса пазов, равной (0,25-0,6) длины магнитопроводов, и при общем скосе пазов

6с (0,014 - 0,07) - .

Изложенное справедливо для направления вращения ротора, совпадающего с направлением скоса его пазов 3 (если скос выполнен на статоре, то при вращении в направлении, противоположном этому скосу).

Исследования показывают, что при вращении ротора в обратном направлении также несколько повышается КПД двигателя по сравнению с машиной обычного исполнения.

При скосе пазов машины возникает аксиальное усилие, которое, в частности, зависит от разности индукций результирующего потока по краям пакета стали. В двигателях предлагаемого устройства это усилие меньше, чем в двигателях с обычным скосом пазов, так как скос выполняется только на части длины пакета стали и разность индукций Вош по краям пакета стали меньше.

Однако для двигателей с нагруженными подшипниковыми узлами бывает целесообразно это усилие уменьшить за счет дополнительных мероприятий. В конструкции на фиг. 4 в случае равенства скоса пазов 3 ротора по краям пакета Ь сг, все составляющие аксиальных усилий, вызываемых скосом пазов, полностью уравновешиваются и не воздействуют на подшипниковый узел машин.

Выполнить модификацию фиг. 4 целесообразно также для уменьшения влияния скоса назов 3 на нлощадь поперечного сечения паза.

Несмотря на усложнение технологии, эта конструкция может оказаться полезной для машин с большим насьицением стали магнитной цепи.

Для этой модификации

be - be, + be,

при любом соотношении Ь и &с, .

Скос нроизводится в одном направлении от участка с параллельными осями пазов статора и ротора.

Наибольший эффект повышения КПД - при направлении вращения по скосу пазов.

Для двигателей более 10 кВт скос пазов целесообразно осуществлять на статоре.

В устройствах на фиг. 5-8 предусмотреп скос пазов 3 и 4 как на статоре, так и на роторе, он применяется в тех случаях, когда желательно уменьшить значение Ь для одной из частей машины. Направления скоса пазов статора и ротора должны быть противоположными. Предпочтительное направление вращения - по скосу пазов 3 ротора. Величина суммарного скоса на фиг. 5, 7, 8 о &с, а на фиг. 6

Ьс, +6с. +&СЗ+ЙС,,

где 6ci , Ьсг , be, , bc - частичные скосы. Предпочтительное направление вращения - по скосу пазов ротора.

В том случае, когда технологические возможности для скоса пазов ротора больше, чем статора (хотя также ограничены), может быть применена конструкция фиг. 7.

Если технологически статор обладает большими возможностями для скоса пазов, а ротор - меньшими, то больший скос выполняется на статоре, но предпочтительное

направление вращения - по скосу пазов ротора.

На фиг. 8 рассмотрен пример, когда оси пазов статора скошены в одном, направлении. В этом случае

be 6ci Cj .

Если , то предпочтительное направление вращения - против скоса пазов, при - по скосу пазов.

Общее правило при выполнении скоса пазов следующее: на развертке магнитной цепи машины оси пазов статора и ротора не должны одновременно иметь центральной симметрии в пределах пакета стали.

Как следует из изложенного и данных натурных испытаний, предлагаемое устройство трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым или фазным ротором обеспечивает повышение уровня КПД в том же диапазоне, что и специально выпускаемая промышленностью серия асинхронных электродвигателей с повышенным значением КПД (серия АОТ2). Однако при этом электродвигатель предлагаемого устройства не требует дополнительного расхода активных и других материалов, а также изменения технологии производства.

Формула изобретения

Асинхронный электродвигатель, содержащий магнитопроводы статора и ротора с пазами для обмоток, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов при сохранении КПД, на участках (0,25-0,6) общей длины магнитопроводов пазы выполнены с относительным скосом, величина которого определяется по формуле

бе : (0,014-0,07) - ,

где D - диаметр расточки статора; Р - число пар полюсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сергеев П. С. Проектирование электрических машин. М., «Энергия, 1969, с. 422- 423.

2.Каталог справочник. Асинхронные электродвигатели единой серии А2 и АО2 мощностью от 0,6 до 100 кВт, изд-во «Информэлектро. М., 1969, с. 45-47.

вс

,Л

тЬаг.г