14.11.2018
218.016.9d25

Высокооборотный асинхронный двигатель

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехники, в частности к конструкциям высокооборотных асинхронных двигателей. Технический результат – увеличение тока и МДС, индуцируемых потоком взаимоиндукции. Ротор высокооборотного асинхронного двигателя выполнен массивным, при этом на внешней поверхности массивного ротора выполнены пазы, в которые уложена короткозамкнутая обмотка в виде стержней, которые гальванически соединены по торцам ротора вращающимися короткозамыкающими медными дисками. В центральной части ротора выполнена расточка, в которой размещена цилиндрическая полая медная втулка. Диаметр расточки D, а также внешний диаметр медной втулки D и ее внутренний диаметр D выбраны из условий: D≤D, где D - часть магнитной цепи ротора вне воздействия магнитного потока, D=D, D
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится конструкциям высокооборотных асинхронных двигателей и может быть использовано в электроприводах и электрогенераторах различного назначения.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Известен ротор асинхронной электрической машины по патенту РФ №2436220, содержащий вал, неподвижно и соосно укрепленный на валу осесимметричный ферромагнитный сердечник-магнитопровод с наружной поверхностью в форме кругового цилиндра и электрическую обмотку типа «беличье колесо», отличающийся тем, что ферромагнитный сердечник-магнитопровод составлен из продольных элементов, выполненных из материала, обладающего как минимум аксиальной электропроводностью, причем указанные продольные элементы с помощью лобных проводников-перемычек электрически соединены между собою только своими торцевыми частями, образуя обмотку типа «беличье колесо». Лобные проводники-перемычки выполнены как две металлические шайбы, которые электрически замыкают торцевые части продольных элементов.

Известна [1] конструкция короткозамкнутых асинхронных двигателей, применяемых для различных отраслей промышленности и питаемых от промышленной сети (50 Гц). Статор этих двигателей - шихтованный, набран из лакированных листов электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм. В статоре выштампованы пазы, в которые уложена трехфазная обмотка (катушечная или стержневая). Ротор - также шихтованный из той же электротехнической стали. В роторе выштампованы пазы, в которые уложена коротко-замкнутая обмотка в виде массивных стержней, замкнутых по обоим торцам ротора короткозамыкающими кольцами. Вращающий момент, развиваемый двигателем, передается приводному механизму через вал, закрепленный в теле ротора. Этот момент может быть передан через торцевую муфту, к которой крепятся несколько изолированных шпилек в теле ротора.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа

Недостатком данного устройства является высокое эквивалентное сопротивление короткозамкнутой системы, расположенной на роторе, что ограничивает возможность увеличения тока и МДС, индуцируемых потоком взаимоиндукции. Это объясняется следующими обстоятельствами. Ток в короткозамкнутой обмотке ротора асинхронного двигателя индуктируется потоком взаимоиндукции ФВЗ, возникающим в зазоре двигателя. Этот поток взаимоиндукции ФВЗ в номинальном режиме (при малых скольжениях S) определяется следующими параметрами двигателя:

где UФ - фазное напряжение двигателя,

ƒ - частота сети,

WФ - число витков в фазе обмотки статора,

KОБМ - обмоточный коэффициент статора,

р - число пар полюсов.

Поток взаимоиндукции ФВЗ (результирующий поток в двигателе) образуется путем взаимодействия в зазоре двух составляющих: потока обмотки статора ФСТАТ и потока, образуемого короткозамкнутой обмоткой ротора ФРОТ.

Сущность решаемой изобретением задачи поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении двигателя промышленной частоты, на фиг. 2 - распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении высокооборотного двигателя.

Сопоставление распределения этого потока ФВЗ в поперечном сечении двигателя промышленной частоты и высокооборотного (высокочастотного) двигателя с частотой тока в стержнях ротора 160 Гц показывает, что для двигателя промышленной частоты поток ФВЗ замыкается через активную сталь статора, зазор, активную сталь ротора и частично через вал. Однако, для высокочастотного двигателя в отличие от этого распределения поток ФВЗ охватывает лишь часть активной стали ротора, не достигая центрального отверстия с валом. Эти особенности распределение потока ротора Фрот вызваны проявлением поверхностного эффекта в его активной стали [2].

Таким образом, для высокочастотного двигателя часть магнитной цепи ротора (обозначена диаметром D0 на фиг. 2) остается вне воздействия магнитного потока ФВЗ. Величина этого диаметра определяется [3] частотой тока ƒ, протекающего по стержням ротора: D0≈ƒ0,5. Отсутствие учета этой особенности высокочастотных двигателей приводит к неоправданному увеличению их веса и габаритов.

Задачей заявляемого изобретения является снижение эквивалентного сопротивления короткозамкнутой системы, расположенной на роторе высокооборотного двигателя, что обеспечивает возможность увеличения тока и МДС, индуцируемых потоком взаимоиндукции, а также снижения веса и габаритов ротора двигателя.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Согласно изобретению высокооборотный асинхронный двигатель, включающий ротор, содержащий вал, неподвижно и соосно укрепленный на валу осесимметричный ферромагнитный сердечник-магнитопровод с наружной поверхностью в форме кругового цилиндра и электрическую обмотку типа «беличья клетка», характеризуется тем, что ротор выполнен массивным, при этом на внешней поверхности массивного ротора выполнены пазы, в которые уложена короткозамкнутая обмотка в виде массивных стержней, которые гальванически соединены по торцам ротора вращающимися короткозамыкающими медными дисками, при этом в центральной части ротора выполнена расточка, в которой размещена цилиндрическая полая медная втулка, причем диаметр расточки DРАСТ а также внешний диаметр медной втулки DВШН и ее внутренний диаметр DВНТР, выбраны из условий: DРАСТ≤D0, где D0 - часть магнитной цепи ротора вне воздействия магнитного потока, DВШН=DРАСТ, DВНТР<DРАСТ, а максимальная толщина медной втулки в расточке выбрана из условия t=0,5⋅(DВШН - DВНТР), кроме того с обоих терцев ротора медная втулка гальванически соединена с вращающимися короткозамыкающими дисками и со стержнями в пазах ротора.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что к стержням в пазах ротора параллельно подключается дополнительное сопротивление в виде медной втулки, так что эквивалентное полное сопротивление (активное и индуктивное) обмотки ротора уменьшается и, соответственно, возрастают ток и МДС ротора и статора.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг. 3 представлен общий вид заявленного ротора с медной втулкой в центральной расточке. Ротор изображен без муфты, для сочленения с приводным механизмом и соответственно шпилек для нее. На фиг. 3 позициями обозначены: 1 - пазы ротора медные, 2 - короткозамыкающие диски медные, 3 - цилиндрическая полая медная втулка, 4 - вентиляционное отверстие, 5 - отверстия под шпильки для муфты.

Заявленное устройство изготавливается и работает следующим образом. Внутренняя часть ротора растачивается; диаметр расточки DРАСТ, причем DРАСТ≤D0. В расточку с этим диаметром помещается медная втулка из литцы. Ее внешний диаметр равен DВШН=DРАСТ, а внутренний - DВНТР<DРАСТ, так что максимальная толщина этой втулки в расточке равна t=0,5⋅(DВШН - DВНТР). Полное сопротивление (активное и индуктивное) втулки определяется его поперечным сечением и конфигурацией. С обоих торцов ротора втулка гальванически соединяется с вращающимися короткозамыкающими дисками и со стержнями в пазах ротора (с "внешней" беличьей клеткой). В результате к стержням в пазах ротора ("внешним") параллельно подключается дополнительное сопротивление в виде медной втулки, так что эквивалентное полное сопротивление (активное и индуктивное) обмотки ротора уменьшается; оно может регулироваться не только поперечным сечением "внешней" беличьей клетки, как в машинах промышленной частоты, но и сечением внутренней втулки. При заданном скольжении S ток в обмотке ротора, индуктируемый потоком взаимоиндукции Фвз, определяется, следовательно, в такой конструкции эквивалентным полным (активным и индуктивным) сопротивлениями ZЭКВ обоих элементов: "внешней" беличьей клетки и внутренней втулки. Например, при отсутствии внутренней втулки полное сопротивление ротора ZЭКВ равно полному сопротивлению только внешней «беличьей клетки» ZЭКВ=Х'ВШ + jR'ВШ/S, где Х'ВШ, R'ВШ - индуктивное и активное сопротивление внешней «беличьей клетки» ротора, приведенное к обмотке статора [1]. Однако, при наличии внутренней втулки оно принимает вид: ZЭКВ=[(Х'ВШ + jR'ВШ/S)⋅jR'ВТ]/(Х'ВШ + jR'ВШ/S + jR'ВТ/S), где R'ВТ - активное сопротивление медной втулки из литцы, приведенное к обмотке статора [1]. Отметим, что [1] отношение R'ВТ/R'ВШ ≈ 1/NСТ, где NCT - число стержней на поверхности ротора. Практически это отношение составляет R'ВТ/R'СТ ≤ 0,1. Следовательно, полное сопротивление ротора ZЭКВ при наличии внутренней втулки значительно уменьшается. Соответственно, возрастают ток и МДС ротора. Соотношение между МДС обмотки ротора FРОТ, МДС обмотки статора FСТАТ и результирующей МДС FВЗ, вычисляемой с использованием (1) из кривой намагничения, определяется законом полного тока (Ампера) [1], [3], [4]:

Обычно в зависимости от мощности двигателя и ряда других его параметров отношение МДС обеих обмоток составляет Fрoт/Fст ≈ 0,8-0,6. Из соотношения (2) следует, что с увеличением МДС ротора Fрoт соответственно увеличивается и МДС статора Fстат, то есть полная электромагнитная мощность (кВА), потребляемая двигателем из сети (от преобразователя частоты). Путем изменения конфигурации "внешней беличьей клетки» и внутренней втулки можно изменить и коэффициент мощности двигателя, а, следовательно, и активную мощность, потребляемую двигателем от сети (от преобразователя частоты).

Каждый из вращающихся медных дисков по торцам ротора имеет на диаметре D0 по окружности несколько отверстий для прохода через них шпилек. Эти шпильки установлены в отверстиях, просверленных в теле ротора на диаметре D0, и служат для передачи момента вращения двигателя с помощью муфты. На внутренней поверхности обоих медных дисков предусматриваются дополнительные контактные поверхности для гальванического соединении с ними внутренней медной втулки. Литература.

1. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия. 1974. - 782 с.

2. J.R. Claycomb. Applied Electromagnetics Using QuickField&MATLAB. Houston Baptist University. 2008

3. Kuepfmueller K., Kohn G. Theoretische Elektroteohnik und Elektronik. 15 Aufl. Berlin - New-York: Springer. 2000. - 545 S.

4. Boguslawsky I., Korovkin N., Hayakawa M. Large A.C. Machines. Theory and Investigation Methods of Currents and Losses in Stator and Rotor Meshes incl. Operation with Nonlinear Loads. Springer. 2016. 555 P.

Высокооборотный асинхронный двигатель, включающий ротор, содержащий вал, неподвижно и соосно укрепленный на валу осесимметричный ферромагнитный сердечник-магнитопровод с наружной поверхностью в форме кругового цилиндра и электрическую обмотку типа «беличья клетка», отличающийся тем, что ротор выполнен массивным, при этом на внешней поверхности массивного ротора выполнены пазы, в которые уложена короткозамкнутая обмотка в виде массивных стержней, которые гальванически соединены по торцам ротора вращающимися короткозамыкающими медными дисками, при этом в центральной части ротора выполнена расточка, в которой размещена цилиндрическая полая медная втулка, причем диаметр расточки D, а также внешний диаметр медной втулки D и ее внутренний диаметр D выбраны из условий: D≤D, где D - часть магнитной цепи ротора вне воздействия магнитного потока, D=D, DВысокооборотный асинхронный двигатель
Высокооборотный асинхронный двигатель
Высокооборотный асинхронный двигатель
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 53.
27.12.2013
№216.012.8ed6

Способ получения водорастворимого бактерицидного препарата

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к бактерицидным препаратам с лизоцимной активностью. Смешивают водные растворы нитрата серебра и лизоцима в заданном соотношении с получением восстановленного металлического серебра. Восстановленное металлическое серебро...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502259
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.02.2014
№216.012.a145

Способ получения синтетического аналога цеолита паулингита

Изобретение относится к способам получения синтетических аналогов ценных природных минералов, в частности паулингита. Способ получения синтетического аналога цеолита паулингита включает подготовку реакционной смеси, перемешивание реакционной смеси и выдержку в условиях автогенного давления при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507000
Дата охранного документа: 20.02.2014
10.03.2014
№216.012.a95a

Способ получения керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов

Изобретение относится к получению керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов в энергетических установках, в частности, в высокотемпературных микротурбогенераторных установках для малой энергетики. Получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509069
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.04.2014
№216.012.ba21

Способ получения стеклокерамического электроизоляционного покрытия проводов

Изобретение относится к стеклокерамическим изоляционным материалам, предназначенным для электроизоляции проволоки из никеля и его сплавов, термоэлектродных сплавов и биметаллических проводов. Способ получения стеклокерамического электроизоляционного покрытия на проводах включает приготовление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513377
Дата охранного документа: 20.04.2014
27.06.2014
№216.012.d5af

Органосиликатная композиция

Изобретение относится к полимерным композициям для получения антикоррозионных, электроизоляционных, теплостойких покрытий горячего отверждения на металлах и получения клея для глиноземной керамики и может быть использовано в электротехнике, радиоэлектронной промышленности, энергетике,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520481
Дата охранного документа: 27.06.2014
20.09.2014
№216.012.f46e

Способ активации высокотемпературных сверхпроводников в области криогенных температур ниже критического значения и устройство для его осуществления

Изобретение относится к электротехнике, к средствам для использования эффекта сверхпроводимости, и может быть использовано в установках для активации высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). Технический результат состоит в повышении технологичности и качества процесса намагничивания. После...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528407
Дата охранного документа: 20.09.2014
27.11.2014
№216.013.09da

Способ изготовления суперконденсатора

Изобретение относится к области суперконденсаторов и может быть использовано в энергетике, в особенности солнечной энергетике, в качестве автономных мобильных миниатюрных слаботочных источников питания с управляемыми характеристиками разряда, в системах связи как базисный элемент автономных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533930
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.12.2014
№216.013.1431

Способ получения керамики на основе диоксида циркония для реставрационной стоматологии

Способ получения керамики на основе диоксида циркония может быть использован в реставрационной стоматологии. Из исходных реагентов в виде водных растворов оксинитрата циркония (ZrO(NO)·2HO), нитратов иттрия (Y(NO)·6HO), алюминия (Al(NO)·9HO) и водного раствора аммиака обеспечивают совместное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536593
Дата охранного документа: 27.12.2014
10.01.2015
№216.013.191b

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины относится к гибридным органо-неорганическим нанокомпозиционным покрытиям, способным снижать механические потери высокоскоростного ротора электрической машины в охлаждающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537855
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.2452

Способ получения пористого стекла

Изобретение относится к способу получения пористых стекол. Технический результат изобретения заключается в получении пористого стекла с размером пор в интервале от 10 нм до 4 мкм. Стекломатериал обрабатывают расплавом нитрата натрия в интервале температур 350-500°С при изотермической выдержке в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540751
Дата охранного документа: 10.02.2015
Показаны записи 1-8 из 8.
10.11.2013
№216.012.8028

Обмотка электрической машины переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к синхронным ветрогенераторам и генераторам для малых ГЭС, в которых используется обмотка статора с дробным числом пазов на полюс и фазу, и может быть использовано в ветростанциях и малых ГЭС. Сущность изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498481
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a95a

Способ получения керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов

Изобретение относится к получению керамики на основе ортофосфатов редкоземельных элементов и может быть использовано для изготовления конструктивных элементов в энергетических установках, в частности, в высокотемпературных микротурбогенераторных установках для малой энергетики. Получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509069
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.01.2015
№216.013.191b

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины

Композиция для получения покрытия для снижения механических потерь высокоскоростного ротора электрической машины относится к гибридным органо-неорганическим нанокомпозиционным покрытиям, способным снижать механические потери высокоскоростного ротора электрической машины в охлаждающей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537855
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.05.2018
№218.016.4536

Лакокрасочное супергидрофобное покрытие

Изобретение относится к лакокрасочному супергидрофобному покрытию, которое предназначено для защиты от повышенной влажности, загрязнения, развития плесени и коррозии различных поверхностей, например металла, пластика, камня и других. Покрытие выполнено из композиции, которая включает полимерную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650135
Дата охранного документа: 09.04.2018
03.03.2019
№219.016.d2a0

Композиция для атмосферостойкого антиобледенительного покрытия с повышенной гидрофобностью

Изобретение относится к области химии, а именно к полимерной атмосферостойкой антиобледенительной композиции с повышенной гидрофобностью. Композиция содержит связующее, состоящее из кремнийорганических полимеров - разветвленного полидиметилфенилсилоксана (ПДМФС) и линейного полидиметилсилоксана...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681027
Дата охранного документа: 01.03.2019
10.07.2019
№219.017.affa

Устройство преобразования электрической энергии

Изобретение относится к области электротехники и гидромашиностроения и может быть использовано в микро- и малых гидроэлектростанциях. Эксплуатация микро-ГЭС, вырабатывающих электроэнергию на малых водотоках, сопряжена с решением проблемы регулирования частоты вращения гидроагрегата. Выработка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408126
Дата охранного документа: 27.12.2010
23.07.2019
№219.017.b73e

Способ эксплуатации в синхронном режиме частотно-регулируемых асинхронных двигателей с фазным ротором

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно-регулируемых электроприводах. Технический результат заключается в повышении КПД двигателя путем исключения при смене режима температурных деформаций обмотки ротора и кратковременного появления его вибраций,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694892
Дата охранного документа: 18.07.2019
25.03.2020
№220.018.0fa6

Способ изготовления пористых нанокомпозитных кремниевых гранул

Изобретение относится к композиционным материалам для сохранения окружающей среды, для медицины и для фармакологии. При изготовления пористых нанокомпозитных кремниевых гранул используют нанопорошок кремния, а его суспензию приготавливают путем смешивания этого порошка с кремнезолем, полученным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002717521
Дата охранного документа: 23.03.2020

Похожие РИД в системе