МАССИВНЫЙ ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РОТОР ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНО-ПОЛЮСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в асинхронных электродвигателях, предназначенных для применения в инверторных электропроводах с фазно-полюсным управлением.
Известны роторы асинхронных машин, имеющие цилиндрическую форму и выполненные массивными или шихтованными (Шенфер К.И. Асинхронные машины. - 4-е изд. - М., Л.: ГОНТИ НКТП СССР, 1938. - 412 с.).
Недостатком данных устройств является то, что при их использовании наблюдается низкий коэффициент полезного действия (КПД) у асинхронных электродвигателей, применяющихся в инверторных электропроводах с фазно-полюсным управлением, магнитопроводы статоров которых выполнены в виде полых цилиндров, имеющих два ряда пазов - внутренний и наружный, - предназначенных для размещения в них многофазных тороидальных обмоток статора. Низкие значения КПД объясняются большим магнитным потоком рассеяния в таких электродвигателях в случае использования в них роторов цилиндрической формы (как массивных, так и шихтованных), возникающего вследствие малой площади рабочей поверхности ротора, взаимодействующей с магнитным потоком, который создается многофазной обмоткой статора.
Известен массивный ферромагнитный ротор многофазного асинхронного электродвигателя, предназначенного для применения в инверторных электропроводах с фазно-полюсным управлением, имеющий в сечении Ш-образную форму, гладкую поверхность и выполненный таким образом, что охватывает снаружи и изнутри статор двигателя с многофазной тороидальной обмоткой, имеющий наружную, торцевую и внутреннюю рабочие поверхности, обеспечивая тем самым уменьшение потока рассеяния в двигателе (Многофазный асинхронный инверторный электропривод с фазно-полюсным управлением. Патент РФ №100863, МПК Н02Р 27/04/ Бражников А.В., Белозеров И.Р.; Краснояр. №2010130384/07; Заявл. 20.07.2010; Опубл. 27.12.2010).
Недостатком данного устройства является большое активное сопротивление ротора, вследствие чего асинхронный двигатель с таким ротором имеет низкий КПД.
Задачей предлагаемого устройства является снижение активного сопротивления Ш-образного массивного ферромагнитного ротора и повышение КПД многофазного асинхронного инверторного электродвигателя с фазно-полюсным управлением.
Достигается это тем, что внутренняя поверхность массивного ферромагнитного ротора, предназначенного для использования в асинхронных электродвигателях с фазно-полюсным управлением и имеющего в сечении Ш-образную форму, покрыта слоем токопроводящего материала, имеющего меньшее удельное электрическое сопротивление, чем ферромагнитный материал сердечника ротора, например, меди, или на ней выполнены пазы: аксиально-радиальные, каждый из которых имеет П-образную конфигурацию в плоскости поперечного сечения ротора, проходящей через ось последнего и параллельной этой оси или тангенциально-концентрические, геометрические центры которых расположены на оси ротора.
Покрытие рабочей поверхности ротора слоем токопроводящего материала, имеющего меньшее удельное электрическое сопротивление, чем ферромагнитный материал сердечника ротора (например, меди) приводит к снижению активного сопротивления ротора, уменьшению электрических потерь в нем и, в итоге, к возрастанию КПД электродвигателя.
Выполнение аксиально-радиальных или тангенциально-концентрических пазов приводит к увеличению периметра внутренней поверхности ротора, взаимодействующей с магнитным потоком. Вследствие этого возрастает объем массива металла в котором возникают вихревые токи и который определяется как произведение периметра массивного ротора на эквивалентную глубину проникновения магнитного поля в тело ротора (Нейман Л.Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. - М.: Госэнергоиздат, 1949. - 150 с.), что в результате приводит к снижению активного сопротивления ротора, уменьшению электрических потерь в нем и, в итоге, к возрастанию КПД электродвигателя.
Изложенная сущность поясняется графически.
На фиг.1 показано поперечное сечение Ш-образного массивного ферромагнитного ротора 1, внутренняя поверхность покрыта слоем 2 токопроводящего материала, имеющего меньшее удельное электрическое сопротивление, чем ферромагнитный материал сердечника ротора (например, меди).
На фиг.2 в аксонометрии показан Ш-образный массивный ферромагнитный ротор 1 с сечением в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, на внутренней поверхности которого выполнены аксиально-радиальные пазы 3, каждый из которых имеет П-образную конфигурацию в плоскости поперечного сечения ротора, проходящей через ось последнего и параллельной этой оси.
На фиг.3 в аксонометрии показан Ш-образный массивный ферромагнитный ротор 1 с сечением в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, на внутренней поверхности которого выполнены тангенциально-концентрические пазы 4, геометрические центры которых расположены на оси ротора.
При пуске многофазного асинхронного инверторного электродвигателя с фазно-полюсным управлением магнитное поле статора создает в Ш-образном массивном ферромагнитном роторе 1 вихревые токи, которые в свою очередь создают вторичное вращающееся магнитное поле ротора. В результате взаимодействия токов статора с магнитным полем ротора и токов ротора с магнитным полем статора создается крутящий момент. При этом слоя 2 токопроводящего материала, имеющего меньшее удельное электрическое сопротивление, чем ферромагнитный материал сердечника ротора (например, меди) приводит к уменьшению суммарного удельного электрического сопротивления всего ротора в целом, а в результате - к уменьшению электрических потерь в роторе и, в итоге, к возрастанию КПД электродвигателя.
При пуске многофазного асинхронного инверторного электродвигателя с фазно-полюсным управлением магнитное поле статора создает в Ш-образном массивном ферромагнитном роторе 1 вихревые токи, которые в свою очередь создают вторичное вращающееся магнитное поле ротора. В результате взаимодействия токов статора с магнитным полем ротора и токов ротора с магнитным полем статора создается крутящий момент. При этом наличие аксиально-радиальных П-образных пазов 3 или тангенциально-концентрических пазов 4 на внутренней поверхности Ш-образного массивного ферромагнитного ротора 1 приводит к увеличению площади рабочей поверхности ротора, взаимодействующий с магнитным потоком. Следовательно, увеличивается объем массива металла, в котором возникают вихревые токи и который определяется как произведение периметра массивного ротора на эквивалентную глубину проникновения магнитного поля в тело ротора, что в результате приводит к снижению активного сопротивления ротора, уменьшению электрических потерь в нем и, в итоге, к возрастанию КПД электродвигателя.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышении КПД многофазного асинхронного инверторного электродвигателя с фазно-полюсным управлением, за счет покрытия рабочей поверхности Ш-образного массивного ферромагнитного ротора слоем токопроводящего материала, имеющего меньшее удельное электрическое сопротивление, чем ферромагнитный материал сердечника ротора (например, меди), или выполнения аксиально-радиальных или тангенциально-концентрических пазов на внутренней (рабочей) поверхности Ш-образного массивного ферромагнитного ротора.