АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использойано в асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым (далее - КЗ) ротором, предназначенных, в первую очередь, для частотноуправляемых приводов.
Асинхронные двигатели с КЗ ротором представляют собой наиболее аспространенный вид электродвигателя в мире. Причиной этого является простота конструкции и эксплуатационная надежность его ротора, представляющего собой стальной шихтованный сердечник, в пазах которого размещена КЗ обмотка в виде беличьей клетки: стержни, лежащие в пазах сердечника, замыкаются накоротко по обе стороны сердечника специальными кольцами. Известны различные варианты конструкций КЗ обмоток роторов. Наиболее распространенным вариантом является литая клетка, когда сердечник роюра залит жидким металлом, заполняющим как пазы сердечника, так и специальные камеры, оставляемые в литейной форме по обе стороны сердечника. Таким образом, в единое целое объединены как стержни, так и замыкающие их кольца КЗ обмотки 1. При этой конструкции клетка выполняется из технически
ЧИСТОГО алюминия или сплавов на его основе. Выбор этих материалов обусловлен двумя причинами. Первая кроется в технологической легкости процесса, т.к. алюминий и его сплавы обладают высокой текучестью при сравнительно низких температурах порядка . Вторая причина вытекает из особенностей физических процессов, имеющих место в асинхронном двигателе с КЗ ротором. Увеличение удельного сопротивления материала клетки ротора ведет к росту пускового момента у двигателей, статорная обмотка которых 1юдключается непосредственно к сети переменного тока промыщленной часюты
г 6 в s 1 3 31 а
МПК: НО2К 29 06
50-60 Гц (более 90 %  использования асинхронных двигателей), но, одновременно, к уменьшению кпд двигателя. Материалы с меньшим удельным сопротивлением (например, медь и ее сплавы) дали бы возможность повысить кпд двигателя, но при этом упал бы пусковой момент, и двигатель в ряде случаев просто бы не запускался. Алюминий как раз обладает тем компромиссным значением сопротивления, которое позволяет получить приемлемые значения и кпд, и пускового момента. Кроме того, температура плавления меди превышает , что значительно осложняет и удорожает процесс литья.
Однако в ряде случаев условия эксплуатации (например, приводы с асинхронными двигателями большой мошности или частотнорегулирусмые приводы на основе асинхронных двигателей, в частности - тяговые) требуют обязательно повысить кпд, что, в свою очередь, требует применения медной КЗ обмотки на роторе. При этом снижение пускового момента исключается какими-либо дополнительными мерами (двойная клетка, клетка с глубокими пазами, снижение частоты питания во время пуска). В таких случаях происходит переход от лнпых конструкций КЗ ротора к сварным, когда клетка образуется медными или латунными стержнями, поперечное сечение которых соответствует форме пазов и концы которых, выступаюшие за пределы сердечника, привариваются или припаиваются твердым припоем к замыкшошим кольцам 2 (прототип).
Недостатком всех описанных сварных конструкций является необходимость иметь стержни, соответствующие форме пазов. Поскольку формы пазов, используемые на практике, зачастую достаточно сложны (овалы, трапеции и их сочетания), для . стержней необходимо либо заказывать прокат соответствующего нестандартного профиля, либо стержни стандартного профиля подвергать механической (как правило, фрезерной) обработке, что требует финансовых затрат, времени, точного оборудования и сложной оснастки. При массовом производстве на все это можно пойти, но двигатели со сварными клетками, как правило, выпускаются небольшими партиями, в результате чего
они обладают значительной стоимостью. Очевидно, что при неизбежном со временем изменении формы пазов, приходится менять форму стержней, что приводит к еще большим затратам. Дополнительным недостатком описанных сварных конструкций является то, что при этом приходится отказываться от скоса пазов ротора, действенного средства борьбы с шумом и вибрациями асинхронных электродвигателей.
Заявляемое изобретение направлено на устранение перечисленных недостатков и позволяет по.Г1учать сварную КЗ клетку без значительных финансовых затрат. Технический результат достигается за счет того, что стержни произволытого поперечного сечения выполняются из пучка стандартной проволоки соответствующего материала, концы которой, выступающие за пределы сердечника ротора, присоединяются (привариваются, припаиваются) к замыкающим кольцам, расположенным по обе стороны этого сердечника.
Сущность предложения поясняется чертежом фиг.1, на котором представлен вариант реализации изобретения на примере ротора с закрытым овальным пазом. Здесь:
1- шихтованный сердечник ротора;
2- стержень (пучок круглой проволоки);
3- замыкающее кольцо;
4- припой.
Таким образом, стержень с овальным сечением получен из стандартной
круглой проволоки без какой-либо механической обработки. Необходимо только выбирать диаметр проволоки достаточно малым по сравнению с поперечными размерами паза, в противном случае неизбежное снижение заполнения паза приведет к повышению сопротивления ротора. Необходимо отметить, что можно использовать и изолированную (например, эмалированную) проволоку. В этом случае будут исключены паразитные поперечные токи, протекающие от стержней к сердечнику ротора, вызывающие дополнительные потери и снижающие кпд.
Отметим еще раз, что на фиг. 1 для примера изображен закрытый паз. Однако допустимы и все другие формы пазов принятые в электромашиностроении. При использовании полузакрытых и открытых пазов стержни закрепляются в пазах ротора клиньями, как это принято для роторов с фазными обмотками.
При подключении обмотки статора двигателя с ротором, выполненным в соответствии с данным предложением, к сети переменного тока в его рабочем зазоре возникает вращающийся магнитный поток. Этот поток, пересекая проволоки, составляющие стержни клетки, индуктирует в них эдс, а те, в свою очередь, токи, которые объединяются и замыкаются по замыкающим кольцам. Взаимодействие этих токов и магнитного потока порождает вращающий момент, вследствие чего ротор двигателя приходит во вращение, как и у асинхронных двигателей с К.З. роторами любых других конструкций.
источники ИНФОРМАЦИИ:
1.Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник, М, Энергоиздат, 1982, 502 с.
2.Проектирование электрических машин.
Под ред. Сергеева П.С. М, Энергия, 1969, с. 426 (прототип).