ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при создании однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой для электроинструмента и бытовой техники, имеющих существенную нагрузку на валу в момент пуска и нередко работающих в условиях низкого напряжения питающей сети.

Известен однофазный асинхронный электродвигатель [Абрамов А.Д., Куделько А.Р. Однофазный асинхронный электродвигатель с повышенным пусковым моментом // Электричество, 1990, №12, стр.67-69], в котором короткозамкнутый ротор выполнен длиннее, чем магнитопровод статора с рабочей обмоткой. В зоне, выступающей относительно статора, ротор охвачен двумя магнитопроводами, каждый из которых имеет С-образную форму и полюсные наконечники.

Данная конструкция наряду с повышением пускового момента предполагает увеличение габаритов и массы изделия в сравнении с традиционным однофазным электродвигателем с вспомогательной обмоткой, а также усложняет технологию его изготовления.

Известен однофазный асинхронный электродвигатель [Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр «Академия», 2005, стр.106], выбранный в качестве прототипа, содержащий ротор 1 и статор 2 с пазами 3, 4 (фиг.1), в которых размещены основная 5 и вспомогательная 6 обмотки со смещением магнитных осей по отношению друг к другу на половину полюсного деления.

Магнитный поток поперечной реакции ротора Ф_р, создаваемый под действием ЭДС, наводимой в обмотке ротора 1 магнитным потоком основной обмотки 5, замыкается через воздушные зазоры в зонах расположения пазов 3 с основной обмоткой 5 и ярмо статора 2. Следовательно, величина магнитного потока Ф_р в прототипе ограничивается, в основном, магнитным сопротивлением воздушных зазоров в зонах расположения пазов 3 с основной обмоткой 5.

Недостатком этого устройства является невысокий пусковой момент, к величине которого предъявляются особые требования при работе с рядом типов нагрузок, например с компрессорами холодильных установок.

Задачей изобретения является повышение пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя.

Поставленная задача достигается тем, что однофазный асинхронный электродвигатель, также как в прототипе, содержит ротор и статор с пазами, в которых размещены основная и вспомогательная обмотки, образующие неявновыраженные полюсы со смещением магнитных осей по отношению друг к другу на половину полюсного деления.

Согласно изобретению в ярме статора в области пазов, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки, выполнены немагнитные зазоры с образованием мостиков насыщения.

Предлагаемое изобретение уменьшает индуктивное сопротивление фазы ротора вследствие увеличения магнитного сопротивления для магнитного потока, создаваемого токами ротора.

При выполнении в заявленной конструкции (фиг.2) немагнитных зазоров с образованием мостиков насыщения в ярме статора в области пазов, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки, магнитный поток поперечной реакции ротора представляет совокупность двух магнитных потоков и . По сравнению с прототипом каждый из указанных магнитных потоков почти в два раза меньше магнитного потока поперечной реакции ротора Ф_р (фиг.1), поскольку они создаются уменьшенной (ориентировочно в два раза) магнитодвижущей силой ротора. Соответственно, каждый из магнитных потоков и охватывает меньшее число проводников ротора в сравнении с прототипом. В результате величина индуктивности ротора в конструкции предлагаемого однофазного асинхронного электродвигателя уменьшается почти в два раза по сравнению с однофазным асинхронным электродвигателем, выполненным по конструкции прототипа.

Выполнение мостиков насыщения в ярме статора в заявленной конструкции однофазного асинхронного электродвигателя практически не влияет на величину основного магнитного потока, создаваемого основной обмоткой, и на электромагнитные параметры основной фазы статора.

Таким образом, уменьшение индуктивности обмотки ротора сопровождается снижением величины индуктивного сопротивления фазы ротора и, соответственно, повышением пускового момента электродвигателя, поскольку момент критический и скольжение критическое при этом возрастают [Москаленко В.В., Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986, стр.196].

На фиг.1 изображена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя, выбранного в качестве прототипа.

На фиг.2 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя предлагаемой конструкции с мостиками насыщения в наружной части ярма статора.

На фиг.3 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя предлагаемой конструкции с мостиками насыщения во внутренней части ярма статора.

На фиг.4 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя предлагаемой конструкции с мостиками насыщения одновременно в наружной и внутренней частях ярма статора.

На фиг.5 представлены расчетные механические характеристики однофазных асинхронных электродвигателей (М* - момент, отнесенный к номинальному моменту; S - скольжение), где кривая 1 - для электродвигателя, выбранного в качестве прототипа, а кривая 2 - для предлагаемого электродвигателя.

Однофазный асинхронный электродвигатель (фиг.2) содержит ротор 1, статор 2 с пазами 3, в которых уложена основная обмотка 5, и пазами 4, в которых уложена вспомогательная обмотка 6. В области пазов 4 вспомогательной обмотки 6, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 5 (магнитные оси совпадают с осью ординат), образованы мостики насыщения 8 путем выполнения немагнитных зазоров 7.

Полюсное деление каждой из систем полюсов составляет 180°, сдвиг основной и вспомогательной систем полюсов выполнен на 90° относительно друг друга. Возможно выполнение предлагаемой конструкции электродвигателя с большим числом полюсов в каждой из фаз, например, с четырьмя полюсами.

Вспомогательные обмотки 6 имеют большее, по сравнению с основными обмотками 5, соотношение активного и индуктивного сопротивлений, либо включены последовательно с конденсатором.

Мостики насыщения 8 могут быть расположены, например, в наружной части ярма статора (фиг 2), во внутренней части ярма статора (фиг.3), либо одновременно в наружной и внутренней частях ярма статора (фиг.4). При этом немагнитные зазоры 7 могут иметь различное поперечное сечение, например, в виде сквозных отверстий (фиг.4) или в виде выемок с уширением к наружной части ярма, как показано на фиг.3.

При включении основной фазы с основными обмотками 5 и вспомогательной фазы с вспомогательными обмотками 6 в сеть переменного напряжения создаются два пульсирующих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Суммарное магнитное поле статора 2, действующее на ротор 1, будет вращаться в пространстве и наводить в короткозамкнутой обмотке ротора 1 ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке ротора 1 будут протекать токи и создавать магнитный поток ротора 1. Взаимодействие магнитных потоков статора 2 и ротора 1 создает вращающий момент на роторе 1. Наличие мостиков насыщения 8 в ярме статора в области пазов 4 вспомогательной обмотки 6, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 5 приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки ротора 1, что сопровождается изменениями во взаимодействии магнитных потоков статора 2 и ротора 1 и увеличением пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя. Причем, чем больше пусковые токи ротора 1, тем больше эффект ограничения магнитного потока в мостиках насыщения 8 и снижение индуктивного сопротивления обмотки ротора 1. В результате, пуск электродвигателя при заданной нагрузке осуществляется за более короткий промежуток времени, либо может быть выполнен с увеличенной нагрузкой на валу. После выхода электродвигателя в рабочий режим вспомогательная фаза с вспомогательными обмотками 6 может быть отключена, поскольку при рабочей скорости вращения может обеспечиваться достаточный вращающий электромагнитный момент при работе лишь основной фазы с основными обмотками 5 (для электродвигателя с пусковой обмоткой).

Эффект увеличения пускового момента в предложенной конструкции однофазного электродвигателя подтверждается сравнением расчетных механических характеристик испытуемого типа однофазного асинхронного электродвигателя (фиг.5). Исходные расчетные данные электродвигателя предлагаемой конструкции отличаются от конструкции прототипа, уменьшенным почти в 1,4 раза значением индуктивного сопротивления фазы ротора. Приведенные расчетные зависимости момента М от скольжения S подтверждают повышение пускового момента при снижении индуктивности ротора в электродвигателе предложенной конструкции (кривая 2) в сравнении с конструкцией прототипа (кривая 1), а также снижение частоты вращения на рабочем участке механической характеристики.

Таким образом, использование предлагаемого однофазного асинхронного электродвигателя позволяет повысить пусковой момент, что обеспечивает надежный пуск электродвигателя при близкой к номинальной нагрузке на валу, а также при снижении напряжения питающей сети относительно номинального значения.