Массивный ротор асинхронной электрической машины

дкого масо, что его мере изиси мости обычной ой сопро- ропорцио- гладком асинх начен пуска в электбольшиэлектровоза. вного ро- противлеением его нно отноому деле- краевого я - со ротивлеподбора иала роОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗС) ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР М 1100688, кл. Н 02 К 17/16, 1983.Авторское свидетельство СССР М 961047, кл, Н 02 К 1/22, 1981,Авторское свидетельство СССР М 1343502, кл, Н 02 К 17/16, 1.986. бретение относится к электричешинам переменного тока с массивотором, преимущественно к онным электродвигателям, предназым для работы в режимах тяжелого бретение может быть использовано роприводах, выполняющих разгон х инерционных масс, например, в двигателе раскрутки маховика гироИзвестны гладкий массивный ротор и зубяатый массивный ротор с продольными прорезями на цилиндрической поверхности.Недостатком электродвигателей с такими массивными роторами при использовании их для разгона больших инерционных масс является перегрев из-за длительного обтекания сравнительно большим пусковым током. 1) 5 Н 02 К 1/06, Н 01 К 1 2 Жж-м",(54) МАССИВНЫЙ РОТОР АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электродвигателях для раскрутки маховика гиротранспортного срЕдства и других машин, где требуется разгон больших инерционных масс. Массивный ротор включает ферромагнитный сердечник с поперечными прорезями. Благодаря тому, что они имеют разную глубину, равную глубине проникновения в ротор тока при частоте, соответствующей скольжению ротора от 0,5 до 0,1, обеспечивается снижение потерь и повышение КПД, 1 зпфлы,1 ил. Недостатком известного гла сивного ротора является также т сопротивление в недостаточной меняется в процессе пуска в зав от скольжения, Если в роторах с короткозамкнутой беличей клетк тивление изменяется обратно и нально скольжению Я, то в массивном роторе лишь в % разИзвестны конструкции масси тора, в которых электрическое со ние ротора определяется соотнош геометрических размеров, а име шением длины роторак полюсн нию т, Под влиянием поперечного эффекта с уменьшением отношен противление ротора возрастает.Недостатками увеличения со ния массивного ротора путем удельного сопротивления р матетора и уменьшения отношения - являетсяТто, что такое увеличение в процессе разгона не зависит от частоты тока в роторе, т.е, от скольжения, как это имеет место, например, в короткозамкнутых роторах с двойной беличьей клеткой, поэтому энергетические параметры КПД и других, а также форма электромеханической характеристики двигателя с таким массивным ротором в режиме пуска не оптимальны,Наиболее близким к изобретению является ротор асинхронного двигателя, на цилиндрической поверхности массивного ферромагнитного цилиндра которого выполнено рифление в виде кольцевых канавок преимущественно прямоугольного сечения. Канавки позволяют снизить в роторе добавочные потери от высших гармоник поля.Однако глубина прорезей не согласована с глубиной проникновения основной гармоники поля в тело ротора, поэтому прорези не оказывают влияния на сопротивление ротора, его пусковой.ток и вращающий момент; величина сопротивления массивного ротора мало зависит от величины скольжения, поэтому не обеспечивается оптимальная для режима разгона электромеханическая характеристика и минимальная величина пускового тока электродвигателя на единицу вращающего момента,В силу известного электродвигатель с массивным ротором имеет.в режиме пуска недостаточно высокий КПД и неполное использование активных материалов.Целью изобретения является улучшение энергетических показателей электродвигателя с массивным ротором в режиме пуска за счет снижения потерь и повышения КПД,Поставленная цель достигается тем, что в известном массивном роторе, содержащем ферромагнитный сердечник, на цилиндрической наружной поверхности которого выполнены поперечные прорези, глубина прорезей выполнена равной глубине проникновения в ротор тока при частоте, соответствующей скольжению ротора от 0,5 до 0,1.При частоте питающей сети 1 о частота тока в роторе 12 может быть выражена через скольжение 8т 2 = 03 Глубина Ь проникновения тока частотой 12 в материал ротора. имеющий удельное сопротивление р и магнитнуюпроницаемость,и, определяется по известной формуле Аналогично, когда прорезт выполнена глубиной равной глубине проникновения тока при скольжении, например, 0,3 (частота тока 15 Гц), то благодаря этой прорези ротор будет иметь более высокое соп ротивление в диапазоне скольжений 1,0 - 0,3, Если же на роторе имеются прорези глубиной, соответствующей скольжению как 0,5, так и 0,3, то в диапазоне 3, равном 1,0-0,5, сопротивление ротора будет увеличено под влиянием всех прорезей, а в диапазоне Я = 0,5-0,3 -50 55 Если на роторе выполнены поперечныепрорези, глубина которых превышает глубину проникновения в ротор тока заданной частоты, то ротор для тока этой частоты имеет повышенное сопротивление. Когда же глубина прорезей меньше глубины проникновения тока, то такие прорези несущественно влияют на сопротивление ротора этому току.В процессе разгона электродвигателячастота тока в роторе снижается от частоты питающей сети при скольжении, равном 1,0, до несколько герц в конце разгона. Соответ- .ственно снижению частоты увеличивается глубина проникновения тока в ротор.Электродвигатели с массивным ротором имеют сравнительно мягкую механическую характеристику, поэтому окончанием режима разгона принимается величина 5 скольжения 0,1, Исходя из этого, максимальная глубина прорезей принимается равной глубине проникновения в ротор тока при скольжении 0,1. Минимальная глубина прорезей принята равной глубине проникновения тока при скольжении 0,5 из условий подавления высших гармоник тока на всем диапазоне скольжений периода пуска.Если на массивном роторе выполненапоперечная прорезь глубиной, например, равной глубине проникновения тока при скольжении 0,5, чему при частоте сети 50 Уц соответствует частота основной гармоники тока в роторе 25 ГЦ, то эта прорезь увеличивает сопротивление ротора при разгоне в 40 диапазоне скольжения 0,1-0,5, При дальнейшем уменьшении скольжения глубина проникновения тока в ротор превышает глубину прорези и влияние прорези на величину сопротивления ротора резо снижается, Прорези указанной глубины повышают сопротивление ротора в диапазоне скольжения 1,0 - 0,5.5 10 15 20 25 30 делит Ротор по длине на две части,. По 35каждую сторону от этой канавки по длине количество в общем случае выбираются по 40конструкторским соображениям или исходя 50 55 только под влиянием прорезей глубиной, соответствующей Я = 0,3.Выполнив на роторе требуемое количество прорезей разной глубины, можно создать необходимое сопротивление ротора токам основной гармоники и обеспечить другие требуемые параметры при каждом значении и на всем диапазоне скольжений.Предложенная по сравнению с прототипом глубина поперечных прорезей на цилиндрической поверхности массивного ротора, равная глубине проникновения в материал ротора тока на частоте, соответствующей величине скольжения ротора от 0,5 до 0,1, обуславливает улучшение в режиме разгона энергетических параметров электродвигателя, а именно: повышение сопротивления ротора в заданной функциональной зависимости от величины скольжения, обеспечивающее снижение потерь и повышение КПД,На чертеже схематически изображен предлагаемый ротор.Например, для асинхронного электродвигателя массивный ротор предлагаемой конструкции может быть выполнен в виде стального цилиндра 1 диаметром 0 и дли-. ной 1, На цилиндрической поверхности ротора выполнены кольцевые канавки 2,глубина которых по,; йо,2; по,з; Ьо,5 равна глубине проникновения тока основной гармоники при скольжениях ротора, равных соответственно 0,1; 0,2; 0,3; 0,5.Самая глубокая канавка глубиной йо,1 ротора .расположены канавки, рассчитанные соответственно для скольжений 0,2;0,3; 0,5. Расстояние между канавками и их из требований создания равномерного или заданного распределения тепловыделения по.длине ротора. Ширину прорезей целесообразно выполнять минимальной по условиям технологии изготовления.При пуске в момент. включения электродвигателя, когда Я = 1,0, частота тока в роторе равна частоте питающей сети, Глубина проникновения тока основной гармоники меньше, чем любая из прорезей. Сопро. тивление массивного ротора в этом случае максимально. По мере разворачивания ротора скольжение уменьшается, глубина проникновения тока растет, Когда скольжение становится меньше 0,5, глубина проникновения тока становится больше глубины прорезей Ьо,5, влияние этих прорезей на споротивление ротора падает, но влияние остальных прорезей глубинойбольше, чем йо,5, остается.Аналогичный процесс происходит придальнейшем разгоне ротора и увеличенииглубины проникновения тока до размера остальных прорезей. Таким образом, благодаря последовательному исключению издействия прорезей, глубина которых становится меньше глубины проникновения тока,сопротивление ротора изменяется по требуемому закону.При этом можно провести некоторуюаналогию между предлагаемым массивнымротором с прорезями, соответствующимиглубине проникновения тока при заданныхскольжениях, и короткозамкнутым ротором,имеющим двойную беличью клетку или глубокий паз. В обоих случаях роторы имеютвысокое сопротивление в начале пуска итребуемое изменение сопротивления призаданных скольжениях в процессе разгона,что позволяет создавать нужную форму механической характеристики электродвигателя и улучшать его энергетичяескиепараметры.По сравнению с известными устройствами, у которых на массивных роторах выполнены поперечные прорези с глубиной,выбранной по тем йли иным критериям, несвязанным со скольжением, предлагаемаяконструкция массивного ротора, в которомглавным параметром, определяющим глубину прорезей, является скольжение, позволяетполучить в режиме разгона оптимальную величину пускового тока и его функциональнуюзависимость от скольжения, обеспечивающую полное использование активных материалов и вращающего момента двигателя иулучшение на этой базе КПД.Изготовлен опытный образец ротора ипроведены стендовые испытания асинхронного двигателя с предлагаемым ротором,Электродвигатель с новым массивным ротором применен для раскрутки маховика шах 5 тного гировоза,Формула изобретения1. Массивный ротор асинхронной электрической машины, включающий ферромагнитный сердечник, на цилиндрическойнаружной поверхности которого расположены поперечные прорези, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью снижения потерь и повышения КПД в режиме пуска, прорези имеютразную глубину, выбранную равной глубине проникновения в ротор тока при частоте,соответствующей скольжению от 0,5 до 0;1.2. Ротор по п.1, о т л и.ч а ю щ и й с ятем, что прорези выполнены с уменьшениемглубины к торцам. сердечника,1727188 выдка кто Производств Заказ 1282 ВНИИПИ Го Составитель В. Химченкоехред М.Моргентал Корректор Н, Король Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101