С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к асинхронным электродвигателям с короткозамкнутым ротором, работающим в тяжелых режимах.

Существующие (серийные) асинхронные электродвигатели с известным короткозамкнутым ротором с обмоткой типа "беличья клетка" с разновидностями: простая клетка, двойная клетка, клетка в глубоких пазах, не смотря на конструктивные преимущества и надежность в эксплуатации, не везде нашли широкое применение из-за их неудовлетворительных пусковых свойств и рабочих характеристик (низкий пусковой момент, большие пусковые токи в обмотках статора и ротора электродвигателя) (см. напр. книги К. Шенфер "Асинхронные машины", ГОНТИ 1938 г., М. Костенко "Электрические машины", Энергия, 1979 г.) .

Эти недостатки вызваны конструкцией существующих роторов, создающее вредное размагничивающее действие на магнитную систему статора, ухудшающие пусковые свойства электродвигателя, так как после подключения статора серийного асинхронного электродвигателя к трехфазному источнику переменного тока, в первую очередь, в статоре появляется вращающееся и одновременно пронизывающееся тело ротора магнитное поле. В дальнейшем, по общеизвестному закону электромагнитной индукции в стержнях обмотки ротора появляется Э.Д.С. с положительными и отрицательными знаками (+, -). Поскольку стержни обмотки ротора замыкаются сплошными кольцами, положительные Э.Д.С. складываются с отрицательными Э.Д.С. создавая электрический ток в стержнях обмотки ротора. Происходит потокосцепление между ротором и статором, проявляется крутящий момент на валу электродвигателя и последний начинает работать. Проявившиеся магнитные потоки статора и ротора замыкаются, как известно, по одному и тому же магнитопроводу. Это - статор и сердечник ротора. Здесь особенно следует отметить, что потоки статора и ротора действуют встречно, размагничивая друг друга с фронтом действия полюсного перекрытия. Вышеизложенный процесс, как наличие размагничивающего действия в магнитной системе серийного асинхронного электродвигателя, т.е. размагничивающее действие магнитного потока ротора на магнитный поток статора, приводит к двум нежелательным явлениям при его пуске в работу, а именно: 1) у размагниченного статора резко уменьшается его магнитный поток. Это приводит к ослаблению потокосцепления между статором и ротором и, в конечном счете, к уменьшению крутящего момента на валу электродвигателя;

2) у размагниченного статора резко уменьшается индуктивное сопротивление обмотки статора. Это приводит к увеличению пускового тока в несколько раз по сравнению с его номинальным значением J„ _yCK ⁼ 4 10 J _H0M .

Поэтому всегда считается, что асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором серийного производства обладает неудовлетворительным пусковым свойством, т.е. низким пусковым моментом и повышенным пусковым током.

Известен ротор серийного асинхронного электродвигателя большой мощности, например, электродвигатель типа ДА302- 17-44-8 У, мощностью 800 кВт. так же с обмоткой типа "беличья клетка", где сопряжение вала с сердечником осуществлено с помощью ребер. Тогда вал получается ребристым, сварной конструкции. Это делается из эксплуатационных соображении, так как статоры и роторы электродвигателей большой мощности изготавливаются из отдельных пакетов электротехнической стали, образуя между собой воздушное пространство. В процессе эксплуатации электродвигателей, во внутрь ротора (между валом и сердечником образовано свободное пространство с помощью ребер) нагнетается холодный воздух либо от автономной вентиляторной установки, либо от собственного вентиляторного колеса. Далее проходя по аксиональным щелям сердечника ротора и статарного железа, воздух выдувается наружу, охлаждая при этом обмотки ротора и статора электродвигателя.

Однако, этот описываемый серийный электродвигатель типа ДА302- 17-44-8 У так же обладает вышеизложенными недостатками как для всех серийных асинхронных электродвигателей: низкий пусковой момент и повышенный пусковой ток.

Наиболее близким по технической сущности является асинхронный электродвигатель (авт.свид. СССР N° 115626 кл. 21 d ² , 20, 1958 г). В данном электродвигателе ротор снабжен одной обмоткой, выполненной из отдельных витков, расположенных в радиальных плоскостях, и работающей как в качестве пусковой, так и рабочей. Однако, в отличие от предлагаемого изобретения, в данном асинхронном электродвигателе внутренние стороны витков заведены в отверстия ротора. Общий магнитный поток Ф ₀ ,состоящий из двух потоков Ф и Ф ₂ ,статора пронизывает тело ротора по криволинейной закономерности (как это утверждает автор изобретения). По нашему мнению, это возможно только при разнородности материала магнитопровода (стержня ротора). Это осложняет конструкцию ротора, даже может оказаться технологически невыполнимым. При обычном изготовлении сердечника ротора из наборной электротехнической стали магнитный поток Фо будет пронизывать тело ротора только по прямолинейно-кратчайшему пути, и не будет раздваиваться на две составляющие Ф _/ и Ф ₂ .

Если даже будет достигнуто изготовление ротора по вышеуказанному принципу, когда сердечник ротора будет изготавливаться из разнородного магнитопроводного материала, обеспечивающего криволинейность потоковой Ф _/ и Ф ₂ то у данного электродвигателя не будут улучшаться пусковые его характеристики, т. к. наведенные Э.Д.С. созданные с помощью магнитных потоков Ф] и Ф ₂ одноименной полярности и равные по величине, запирая друг друга уменьшают результирующие Э.Д.С, а, следовательно, электрические токи, протекающие в стержнях обмотки ротора.

Техническим результатом данного изобретения является улучшение пусковых характеристик электродвигателя: повышение пускового момента, понижение пускового тока.

Технический результат достигается асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, содержащим статор, ротор, сердечник которого установлен на валу и снабжен обмоткой из отдельных короткозамкнутых витков, расположенных в радиальных плоскостях, работающий как в качестве пусковой, так и рабочей, но в отличие от известного, короткозамкнутые витки выполнены, тороидально охватывающими сердечник ротора, а вал - ребристым.

Здесь особенно следует отметить, что повышение пускового момента, понижение пускового тока достигается только путем применения в электродвигателе ротора, снабженным обмоткой, составленной из отдельных короткозамкнутых витков, а последние тороидально охватывает сердечник ротора. Не трудно заметить, что соп- ряжение сердечника с валом возможно только при наличии посадочной поверхности ребристой у последнего. Анализ технической и патентной литературы показал, что аналогичных роторов не существует.

На фигуре 1- изображен продольный разрез, предлагаемого короткозамкнутого ротора, на фигуре 2 - поперечный разрез предлагаемого короткозамкнутого ротора.

Предлагаемый ротор состоит из следующих частей: 1 - ребристый вал; 2 - сердечник ротора; 3 - обмотка, состоящая из отдельных короткозамкнутых витков, тороидально охватывающих сердечник ротора.

Электродвигатель работает следующим образом: после подключения статора асинхронного электродвигателя к трехфазному источнику переменного тока, в первую очередь, в статоре появляется вращающееся и, одновременно, пронизывающееся тело ротора магнитное поле Ф _с . В дальнейшем, по общеизвестному закону электромагнитной индукции в короткозамкнутых витках обмотки появляется Э.Д.С. с положительными и отрицательными знаками, как это показано на фигуре 2. Поскольку короткозамкнутые витки не имеют между собой связи, наведенные положительные и отрицательные Э.Д.С. складываются в контурах короткозамкнутых витков, создавая в последних электрические токи. Наличие электрического тока в витках обмотки ротора приводит к появлению магнитного потока ротора Ф _р , состыкованного с одноименными полярностями в радиальных плоскостях N _p - N _p и S _p - S _p (фиг. 2). Происходит потокосцепление между магнитным потоком статора Ф _с и магнитным потоком ротора Ф _р , появляется крутящий момент на валу и электродвигатель начинает работать. Здесь можно отметить следующее, что созданный магнитный поток ротора, состыкованный с одноименными полярностями в радиальных плоскостях, в значительной степени меньше будет размагничивать магнитную систему статора. Следовательно, улучшается пусковое свойство электродвигателя: увеличивается пусковой момент, уменьшается пусковой ток.