Массивный ротор асинхронной электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )(i и q у

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4699368/07 (22) 31.05.89 (46) 15.04.92. Бюл. N 14 (71) Донецкий научно-исследовательский угольный институт (72) В.А.Химченко, В.М.Арутюнов, Г,Я. Палант, С.Я.Петренко, В,Г.Власов, В.Л.Иванов и В.Ф;Шабунин (53) 621.313.713(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11110000668888, кл. Н 02 К 17/16, 1983.

Авторское свидетельство СССР

N961047,,кл. Н 02 К 1/22, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N1343502,,кл. Н 02 К 17/16, 1.986.

Изобретение относится к электрическим машинам переменного тока с массивным ротором, преимущественно к асинхронным электродвигателям, предназначенным для работы в режимах тяжелого пуска.

Изобретение может быть использовано в электроприводах, выполняющих разгон больших инерционных масс, например, в электродвигателе раскрутки маховика гировоза.

Известны гладкий массивный ротор и зубяатый массивный ротор с продольными прорезями на цилиндрической поверхности.

Недостатком электродвигателей с такими массивными роторами при использовании их для разгона больших инерционных масс является перегрев из-за длительного обтекания сравнительно большим пусковым током.!

Ы,„, 1727188 А1 (51) s Н 02 К 1/06, Н 01 К 1/22

2 (54) МАССИВНЫЙ РОТОР АСИНХРОННОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электродвигателях для раскрутки маховика гиротранспортного срЕдства и других машин, где требуется разгон больших инерционных масс. Массивный ротор включает ферромагнитный сердечник с поперечными прорезями. Благодаря тому, что они имеют разную глубину, равную глубине проникновения в ротор тока f1ðè частоте, соответствующей скольжению ротора от 0 5 до 0,1, обеспечивается снижение потерь и повышение КПД, 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Недостатком известного гладкого массивного ротора является также то. что его сопротивление в недостаточной мере изменяется в процессе пуска в зависимости от скольжения, Если в роторах с обычной короткозамкнутой беличей клеткой сопротивление изменяется обратно пропорционально скольжению S, то в гладком массивном роторе лишь в S раз, Известны конструкции массивного ротора, в которых электрическое сопротивление ротора определяется соотношением его геометрических размеров, а именно отношением длины ротора L к полюсному делению z, Под влиянием поперечного краевого эффекта с уменьшением отношения — соL

z противление ротора возрастает.

Недостатками увеличения сопротивления массивного ротора путем подбора удельного сопротивления р материала ро1727188

L тора и уменьшения отношения — является

t 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 f2 может быть выражена через скольжение S 2 = f0S

Глубина»ъ проникновения тока частотой f2 в материал ротора. имеющий удельное сопротивление р и магнитную проницаемость,и, определяется Ilo известной формуле

Аналогично, когда прорезт выполнена глубиной равной глубине проникновения тока при скольжении, например, 0,3 (частота тока 15 Гц), то благодаря этой прорези ротор будет иметь более высокое соп ротивление в диапазоне скольжений 1.0 — 0.3, Если же на 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—

Л=

5 + fo S /»

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

8 процессе разгона электродвигателя частота тока в роторе снижается от частоты питающей сети при скольжении, равном 1,0, до несколько герц в конце разгона . Соответ- . ственно снижению частоты увеличивается глубина проникновения тока в ротор.

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

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

40 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.

1727188

30 делит ротор по длине на две части,. По,35 каждую сторону от этой канавки по длине количество в общем случае выбираются по 40 конструкторским соображениям или исходя

55 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, соответствующей 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 дли-. ной L Ha цилиндрической поверхности ротора выполнены кольцевые канавки 2, глубина которых h0,1; Ь0,2; h0.3; h0,5 равна глубине проникновения тока основной гармоники при скольжениях ротора, равных соответственно 0,1; 0,2; 0,3; 0,5.

Самая глубокая канавка глубиной 10.1 ротора .расположены канавки, рассчитанные соответственно для скольжений 0,2;

0,3; 0,5. Расстояние между канавками и их 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. Сопро. тивление 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,ь, влияние этих прорезей на споротивление ротора падает, но влияние остальных прорезей глубиной больше, чем п0,5, 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 гпубокий 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 йли 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 шах5 тного гировоза.

Формула изобретения

1. Массивный. ротор асинхронной электрической машины, включающий ферромагнитный сердечник, на цилиндрической наружной поверхности которого расположены поперечные прорези, отличающийся 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 т л и.ч а ю шийся тем, что прорези выполнены с уменьшением глубины к торцам .сердечника.

1727188

Составитель В. Химченко

Редактор H. Швыдкая Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Заказ 1282 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101