РОТОР АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электромашиностроения, а именно к конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Известна конструкция ротора асинхронного двигателя (см., например, Авт. свид. №1203652, Н02К 17/16, 1986), содержащая сердечник с пазами, в которых размещены стержни короткозамкнутой обмотки, причем пазы в верхней части содержат незаполненные стержнями расширенные участки, пазы ротора выполнены закрытыми с радиальным размером мостика в наиболее его узкой части, равным 1/6-1/15 части зубцового деления статора.
Недостатком указанной конструкции является повышенный нагрев верхней части стержня в процессе пуска вследствие отсутствия контакта с железом зубца и пониженный пусковой момент при значительной величине пускового тока.
Известна также конструкция короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя, принятая за прототип (Авт. свид. №1239788, Н02К 1/22, 17/16, 1983), содержащая шихтованный сердечник с пазами и литую короткозамкнутую обмотку, средняя часть сердечника набрана из листов, на боковых сторонах пазов которых выполнены симметрично расположенные выступы.
Недостатком конструкции является повышенное индуктивное сопротивление короткозамкнутой обмотки ротора, а также недостаточные пусковые моменты вследствие низкого значения активного сопротивления при пуске и повышенного индуктивного сопротивления стержня.
Задачей полезной модели является создание конструкции ротора асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом без изменения величины пускового тока в процессе пуска.
Технический результат достигается тем, что ротор асинхронного двигателя содержит шихтованный сердечник с пазами, короткозамкнутую обмотку, в верхней части стержней короткозамкнутой обмотки выполнены одна продольная канавка расположенная по всей длине стержня или несколько продольных канавок в чередующемся порядке с расстоянием между ними, равном (0,5÷1,0) глубины проникновения электромагнитного поля при номинальной частоте питающего напряжения, при этом глубина продольных канавок, не заполненных ферромагнитным материалом, составляет (0,1÷1,4) глубины проникновения электромагнитного поля при номинальной частоте питающего напряжения, ширина составляет (0,1÷0,5) ширины стержня.
Полезная модель поясняется фигурами, где изображены: на Фиг.1 - вид сверху стержня литой короткозамкнутой обмотки, расположенного в пазу ротора с продольной канавкой в верхней части; на Фиг.2 - вид сверху стержня короткозамкнутой обмотки, расположенного в пазу ротора с продольными чередующимися по длине стержня канавками в верхней части стержня; на Фиг.3 - сечение А-А на Фиг.1; на Фиг.4 - сечение Б-Б на Фиг.2.
В сердечнике ротора 1 залиты, либо уложены стержни 2 короткозамкнутой обмотки. В верхней части стержня имеется продольная канавка 3 (Фиг.1, 3) по всей длине стержня или чередующиеся по длине стержня продольные канавки 3 (Фиг.2, 4), не заполненные ферромагнитным материалом.
При номинальной частоте вращения ротора эффект вытеснения тока в стержнях короткозамкнутой обмотки пренебрежительно мал и сопротивление обмотки ротора равно номинальному. Характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в этом режиме совпадают с характеристиками обычного асинхронного двигателя с глубокопазным ротором.
При пуске двигателя с глубокопазным ротором глубина проникновения тока в стержень короткозамкнутой обмотки ротора определяется по формуле:
пр
где h - глубина проникновения электромагнитного поля (тока) в стержень,
ρ - удельное сопротивление материала стержня,
1
f - частота тока,
0
μ - абсолютная магнитная проницаемость.
В момент пуска двигателя ток в стержнях 2 проходит только по их верхней части на глубине проникновения при частоте питающей сети, (например равной 10,4 мм при частоте 50 Гц и материале стержней - медь), расположенной ближе к внешней поверхности сердечника 1. По мере набора скорости ротором, частота тока в нем уменьшается, и ток все глубже проникает в стержень 2 в направлении дна паза, при этом уменьшается активное сопротивление стержня, за счет увеличения сечения стержня, по которому протекает ток, в том числе за счет увеличения глубины проникновения тока. При выполнении канавки 3 в средней верхней части стержня 2, уменьшается сечение, по которому протекает ток, тем самым увеличивается сопротивление стержней ротора 2, увеличивая вращающий момент двигателя при пуске, при этом, если канавка 3 не заполняется ферромагнитным материалом, как правило, это воздух, реактивное сопротивление стержней 2 остается без изменения, тем самым и пусковой ток двигателя остается неизменным.
ст
Если ширину продольной канавки 3 выполнять меньше 0,1 ширины стержня 2 (b) и ее глубину меньше 0,1 глубины проникновения тока в материал стержня 2, уменьшение сечения стержня 2, по которому протекает ток, при пуске будет незначительным, тем самым увеличение величины пускового момента двигателя будет также незначительным и составит не
более 1%. При выполнении канавки шириной более 0,5 ширины стержня и глубиной более 1,4 глубины проникновения тока в материал стержня, теплоемкость и механическая прочность верхушки стержня снижаются, что приводит к снижению надежности работы двигателя. Увеличение теплоемкости и механической прочности верхушки стержня 2 достигается за счет выполнения продольных канавок 3 чередующимися по длине стержня 2, при этом расстояние между продольными канавками 3 выполняется равным (0,5÷1,0) глубине проникновения тока в стержень при номинальной частоте. При выполнении расстояния между продольными канавками 3 менее 0,5 глубины проникновения тока в стержень при номинальной частоте термомеханические свойства верхушки стержня ухудшаются, а при расстоянии между продольными канавками 3 более 1,0 глубины проникновения тока в стержень при номинальной частоте эффект увеличения пускового момента резко снижается, вследствие незначительного снижения сечения, по которому протекает ток.
Активное сопротивление пазовой части стержня 2 короткозамкнутой обмотки во время пуска определяется по формуле:
cξ
где r - активное сопротивление пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки при вытеснении тока во время пуска двигателя,
с
r - активное сопротивление пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки при полном проникновении тока в стержень,
c
q - сечение пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки ротора,
r
q - сечение верхней части стержня короткозамкнутой обмотки ротора, где во время пуска двигателя действует эффект вытеснения тока.
Технический результат увеличения пускового момента асинхронного двигателя достигается повышением значения активного сопротивления стержня 2 в зоне вытеснения тока в стержнях обмотки ротора практически при том же пусковом токе двигателя. Поэтому при немагнитном заполнении
продольной канавки 3 в верхней части стержней 2 полное сопротивление обмотки ротора двигателя практически не изменится, а активное сопротивление - возрастет. Пусковой момент асинхронного двигателя возрастает на величину до 30%.
Предлагаемая конструкция ротора асинхронного двигателя опробована в асинхронных двигателях серии АТД4 мощностью от 315 до 1000 кВт.