Ротор асинхронного двигателя

Изобретение относится к области электромашиностроения, а более конкретно к конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутый ротор содержит шихтованный ферромагнитный сердечник, в котором уложены стержни короткозамкнутой обмотки. В верхней части стержня имеются продольные боковые пазы прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, двухсторонние или односторонние. Двухсторонние продольные пазы в верхней части стержня располагаются поочередно, то с одной, то с другой стороны стержня. Техническим результатом является создание конструкции асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом без изменения величины пускового тока в процессе пуска. 2 н.з. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области электромашиностроения, а более конкретно к конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Известна конструкция ротора асинхронного двигателя (см., например, авт. свид. № 1203652, Н 02 К 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. № 1669366, Н 02 К 17/16, 1993), содержащая шихтованный сердечник с пазами и зубцами, имеющими продольный выступ на одной из боковых сторон, установленные с зазором относительно стороны зубца с выступом стержни обмотки, на боковых сторонах которых напротив выступов выполнены углубления, соответствующие по форме указанным выступам и короткозамыкающие кольца, по меньшей мере на части длины стержни плотно контактируют одновременно с верхней и нижней сторонами выступов зубцов.

Недостатком конструкции является повышенное индуктивное сопротивление короткозамкнутой обмотки ротора, а также незначительные пусковые моменты, вследствие низкого значения активного сопротивления и завышенного индуктивного сопротивления стержня.

Задачей предлагаемого технического решения является создание конструкции ротора асинхронного двигателя с повышенным пусковым моментом без изменения величины пускового тока в процессе пуска.

Технический результат достигается тем, что короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя, содержащий шихтованный сердечник с пазами и зубцами, имеющими продольный выступ на одной из боковых сторон, установленные с зазором относительно стороны зубца с выступом стержни обмотки, на боковых сторонах которых напротив выступов выполнены углубления, соответствующие по форме указанным выступам, и короткозамыкающие кольца, по меньшей мере на части длины стержни плотно контактируют одновременно с верхней и нижней сторонами выступов зубцов, в верхней части стержней на высоте (0,9-1,4) глубины проникновения электромагнитного поля выполнены продольные пазы прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, шириной (0,1-0,5) ширины стержня, расположенные по длине стержня с двух сторон в чередующемся порядке с расстоянием между ними, равном (0,5-1,0) глубины проникновения.

В короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя продольный паз прямоугольной формы выполнен в верхней части стержня с одной стороны.

В короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя, содержащем шихтованный сердечник с пазами и зубцами, стержни обмотки и короткозамыкающие кольца, в верхней части стержней на высоте (0,9-1,4) глубины проникновения электромагнитного поля выполнены продольные пазы прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, шириной (0,1-0,5) ширины стержня, расположенные по длине стержня с двух сторон в чередующемся порядке с расстоянием между ними, равном (0,5-1,0) глубины проникновения.

В короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя продольный паз прямоугольной формы выполнен в верхней части стержня с одной стороны.

На фиг.1 изображен поперечный разрез стержня, расположенного в пазу ротора, с продольным углублением в средней части и продольными боковыми пазами прямоугольной формы с двух сторон в верхней части стержня.

На фиг.2 изображен поперечный разрез стержня, расположенного в пазу ротора, с продольным углублением в средней части и с продольным боковым пазом прямоугольной формы с одной стороны в верхней части стержня.

На фиг.3 изображен поперечный разрез стержня с продольными боковыми пазами прямоугольной формы с двух сторон в пазу ротора.

На фиг.4 изображен поперечный разрез стержня с продольным боковым пазом прямоугольной формы в пазу ротора.

На фиг.5 изображен продольный вид стержня с продольными боковыми пазами прямоугольной формы с двух сторон.

На фиг.6 изображен вид сверху стержня с продольными боковыми пазами прямоугольной формы с двух сторон.

В ферромагнитном сердечнике ротора 1 уложены стержни 2 короткозамкнутой обмотки. В верхней части стержня имеются продольные боковые пазы 3 прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, двухсторонние (фиг.1, 3, 5, 6) или односторонние (фиг.2, 4). Двухсторонние продольные пазы 3 в верхней части стержня 2 располагаются поочередно, то с одной, то с другой стороны стержня (фиг.1, 3, 5, 6). На боковой стенке паза 4 выполнен выступ 5 (фиг.1, 2), а на боковой стороне стержня 2 - продольное углубление 6 (фиг.1, 2).

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 электромагнитного поля в стержень короткозамкнутой обмотки ротора определяется по формуле

где h_пр - глубина проникновения электромагнитного поля в стержень,

ρ - удельное сопротивление материала стержня,

f₁ - частота тока,

μ₀ - магнитная постоянная.

Ток в стержнях 2 проходит только по части стержней 2, близко 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. Когда при пуске действует эффект вытеснения тока в стержнях 2, повышенное из-за бокового паза 3 сопротивление стержня 2 увеличивает вращающий момент двигателя практически при том же токе, так как реактивное сопротивление не возросло.

Ширина продольного бокового паза 3 в стержне ротора 2 выполняется равной (0,1-0,5) ширины стержня (b_ст), а высота равной (0,9-1,4)·h_пp. Расстояние между продольными пазами 3 с разных сторон стержня 2 выполняется (0,5-1,0)·h_пp.

Активное сопротивление пазовой части стержня 2 короткозамкнутой обмотки во время пуска определяется по формуле

где r_cξ - активное сопротивление пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки во время пуска,

r_c - активное сопротивление пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки при полном проникновении тока в стержень,

q_c - сечение пазовой части стержня короткозамкнутой обмотки ротора,

q_r - сечение верхней части стержня короткозамкнутой обмотки ротора, где во время пуска действует эффект вытеснения тока.

Технический результат - увеличение пускового момента асинхронного двигателя - достигается увеличением активного сопротивления стержня 2 в зоне вытеснения тока практически при том же пусковом токе. Поэтому при немагнитном заполнении бокового паза 3 в верхней части стержней 2 полное сопротивление практически не изменится, а активное сопротивление возрастет. Пусковой момент асинхронного двигателя увеличивается на величину до 30%.

1. Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя, содержащий шихтованный сердечник с пазами и зубцами, имеющими продольный выступ на одной из боковых сторон, установленные с зазором относительно стороны зубца с выступом стержни обмотки, на боковых сторонах которых напротив выступов выполнены углубления, соответствующие по форме указанным выступам, и короткозамыкающие кольца, по меньшей мере на части длины стержни плотно контактируют одновременно с верхней и нижней сторонами выступов зубцов, отличающийся тем, что в верхней части стержней на высоте 0,9÷1,4 глубины проникновения электромагнитного поля выполнены продольные пазы прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, шириной 0,1÷0,5 ширины стержня, расположенные по длине стержня с двух сторон в чередующемся порядке с расстоянием между ними, равном 0,5÷1,0 глубины проникновения.

2. Короткозамкнутый ротор по п.1, отличающийся тем, что продольный паз прямоугольной формы в стержне выполнен с одной стороны.

3. Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя, содержащий шихтованный сердечник с пазами и зубцами, стержни обмотки и короткозамыкающие кольца, отличающийся тем, что в верхней части стержней на высоте 0,9÷1,4 глубины проникновения электромагнитного поля выполнены продольные пазы прямоугольной формы, не заполненные ферромагнитным материалом, шириной 0,1÷0,5 ширины стержня, расположенные по длине стержня с двух сторон в чередующемся порядке с расстоянием между ними, равным 0,5÷1,0 глубины проникновения.

4. Короткозамкнутый ротор по п.3, отличающийся тем, что продольный паз прямоугольной формы в стержне выполнен с одной стороны.