Магнитопровод статора однофазного асинхронного электродвигателя. Магнитопровод асинхронного двигателя


Принцип работы трёхфазного двигателя

Электродвигателем называется такое электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию. При использовании трёхфазной системы переменного тока, наиболее широко используется трёхфазный асинхронный двигатель, так как этот тип двигателя не требует в большинстве случаев пускового устройства. Большинство трёхфазных асинхронных двигателей запускается в работу с помощью прямого пуска с использованием коммутационных аппаратов.

Для лучшего понимания принципа работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо знать его основные конструкционные особенности.

Этот двигатель состоит из двух основных частей, неподвижной части – статора, и вращающейся части – ротора.

Статор трёхфазного асинхронного двигателя имеет слоты (пазы), в которых размещаются обмотки на каждую фазу. Трёхфазная обмотка расположена таким образом, чтобы быть способной создать вращающееся магнитное поле при протекании по обмоткам переменного тока (AC) от трёх источников питания.

Ротор трёхфазного асинхронного двигателя состоит из цилиндрического ламинированного сердечника имеющего параллельные пазы на периферии. В этих пазах расположены проводники, которые замкнуты на конечных кольцах с торцов ротора. Эти проводники в виде стержней образуют короткозамкнутую обмотку ротора типа «беличья клетка».

Проводники на роторе выполнены обычно из алюминия, а также могут быть сделаны из меди или латуни. Пазы для проводников немного повёрнуты на поверхности ротора, поэтому они расположены под некоторым углом к валу ротора. Такое расположение позволяет уменьшить магнитное сцепление в момент пуска двигателя, а также сделать работу двигателя плавной, без рывков и пробуксовки.

Как работает трёхфазный асинхронный двигатель?

Прежде всего, для работы трёхфазного асинхронного двигателя, необходимо создать вращающееся магнитное поле.

Создание вращающегося магнитного поля

Обмотки, которые расположены на статоре, равномерно смещены на 120 градусов относительно друг друга. Обмотка каждой фазы смещена относительно двух других на угол 120 градусов, то есть по обе стороны через 120 градусов расположены соседние фазы. Статор представляет собой полый цилиндр, который в сечении представляет собой кольцо. Внутри такого цилиндра расположен ротор. Три источника тока, отличатся друг от друга фазовым сдвигом. Этот сдвиг также составляет 120 градусов. В итоге, при прохождении трёхфазного переменного тока в обмотках статора, внутри статора образуется вращающееся магнитное поле.

В чем секрет создания вращения магнитного поля? Так как ток переменный, то создаваемое каждой фазой магнитное поле будет также переменным. Магнитный поток, который порождается прохождением тока в каждой обмотке, будет изменяться во времени точно также как породивший его ток. В то время когда один магнитный поток от первой фазы будет возрастать по величине, магнитный поток от второй фазы достигнет своего максимального значения и начнёт убывать по величине, магнитный поток от третьей фазы будет всё более уменьшаться, пока не достигнет своего минимального значения.

Магнитный поток переменного синусоидального тока любой из фаз изменяется по величине и направлению, тем самым чередуясь и пульсируя. Там где ранее был северный магнитный полюс, становится южный, а там где был южный полюс, там на его месте образуется северный полюс. Магнитное поле как бы пульсирует, но не вращается. Если пространственно равномерно по окружности расположить три катушки (соленоиды) так, чтобы их сердечники были направлены к центру окружности, а затем соединить в один общий магнитопровод наружные концы соленоидов (катушек), то мы получим прототип статора трёхфазного асинхронного двигателя. Подключив каждую катушку к источнику переменного тока, а именно к трём разным фазам, которые сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов, мы получим не пульсирующее, а вращающееся магнитное поле.

По той причине, что магнитопровод будет общим, пульсирующие магнитные потоки от каждой катушки будут складываться с учётом направления и величины, тем самым образуя вращающийся вектор магнитного потока. Это удивительно, потому как статор неподвижен, но представляет собой магнит, поле такого магнита вращается, но статор остаётся неподвижен!!!

Как же преобразуется в дальнейшем электрическая энергия в механическую энергию? Если в статор, по обмоткам которого протекает трёхфазный ток и, соответственно, внутри него сосредоточено вращающееся магнитное поле, внести металлический предмет, то на него будет действовать механическая сила, которая будет пытаться этот предмет выкинуть из поля статора.

Как такое происходит? Магнитный поток статора индуцирует в короткозамкнутом роторе асинхронного двигателя ЭДС, так как цепь ротора замкнута, то по ней будет протекать электрический ток, который создаст второй магнитный поток – поток ротора. Взаимодействие двух встречных потоков ротора и статора создаст крутящий момент на роторе, и он начнёт вращаться. В соответствии с законом Ленца, ротор будет вращаться в том направлении, которое позволяет уменьшить магнитный поток статора.

Следует заметить, что принцип работы асинхронного двигателя не допускает синхронной скорости ротора с магнитным полем статора. В этом случае исчезнет ЭДС индукции в роторе, и ротор начнёт останавливаться. Синхронизация не достижима для асинхронного электродвигателя, скорость ротора в двигательном режиме может быть меньше скорости вращения магнитного поля.

Если ротору придать дополнительный крутящий момент от внешнего механического источника, так, чтобы его скорость стала больше чем скорость вращающегося магнитного поля статора, тогда электрическая машина перейдёт в генераторный режим работы, при котором происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию.

Разница скоростей между статором и ротором позволяет говорить о таком явлении как скольжение ротора в магнитном поле статора. Необходимо помнить, что асинхронная электрическая машина переменного тока – это обратимая машина, которая может работать как в генераторном, так и двигательном режимах.

Краткие практические выводы по трёхфазному асинхронному двигателю

  1. Отсутствует необходимость в контактных кольцах на роторе и в щёточном механизме.
  2. Асинхронный трёхфазный двигатель является самозапускающимся, так как создаётся вращающееся магнитное поле, а не пульсирующее.
  3. Отсутствие щёточного механизма и щёток исключает искрение контактов в работе двигателя.
  4. Долговечность конструкции при правильной эксплуатации и обслуживании.
  5. Экономичность, высокая эффективность (КПД).
  6. Простота в обслуживании.

Дата: 26.01.2016

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

electricity-automation.com

Магнитопровод линейного асинхронного двигателя

 

Сотоз Советских

Социалистических

Республик

O Il H C A H H E „„888274

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 04.02.80 (21) 2078730/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5I)M. Кл.

Н 02 К 1/06

Н 02 К 41/025

9Ьвударстванный камнтет

СССР во ленам нэобретеннй н отхрытнй

Опубликовано 07.12.81. Бюллетень № 45 (53) УДК 621.313.

° ЗЗЗ(088.8) Дата опубликования описания 09. 12.81

В. И. Бочаров, Н. Г. Душенко, М. А. Коз и Ю. В. Куприанов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ИАГНИТОПРОВОД ЛИНЕЙНОГО АСИНХРОННОГО

ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к элементам конструкции магнитной цепи линейных асинхронных машин и может быть приме нено в двигателях высокоскоростного транспорта или других транспортных устройствах.

Известен магнитопровод линейного асинхронного двигателя, содержащий поперечно шихтованные сердечники

П-образной формы, соединенные между собой сердечниками, шихтованными в продольном направлении, причем сердечники, шихтованные в продольном направлении, расположены с двух сторон аихтованных в поперечном направлении сердечников Г11.

Недостатком такого магнитопровода является то, что индукторы с таким магнитопроводом имеют большой поток рассеяния.

Наиболее близким по своей сущности к изобретению является магнитопровод линейного асинхронного двигателя, состоящий из отдельных, име"

2 ющих ярмо и зубцы, соединенных между собой сердечников, часть из которых . шихтована в поперечном направлении, а часть — в продольном направлении P).

Недостатком такого магнитопровода является большой расход стали и увеличенные габариты, связанные с тем, что зубцы профильных сердечников длиннее зубцов поперечных сердечников на высоту ярма поперечных сердечните

Целью изобретения является уменьшение веса и габаритов магнитопровода.

Цель достигается тем, что в зубцах продольно шихтованных сердечников выполнены пазы для сочленения с поперечно шихтованными сердечниками, которые в свою очередь имеют пазы в ярмах для сопряжения с пазами продольных сердечников. Кроме того, в магнитопроводе, с целью повышения надежности, по коронкам зубцов продольно шихтованных сердечников выполнены пазы под клиньями.

На фиг. 1 изображен лист пакета поперечного сердечника магнитопровода; на фиг. 2 — лист пакета продольного сердечника магнитопровода; на фиг. 3 - магнитопровод линейного асинхронного двигателя в собранном виде.

Из листов, изображенных на фиг.1 и 2, изготовленных из электротехнической стали собираются пакеты не) обходимой толщины. Сборка пакетов может производиться, например, при помощи склеивания лаком отдельных листов, с последующей выпечкой, Над, каждым зубцом 1 пластины поперечного сердечника 2 в его ярме имеются пазы 3 для сопряжения с продольным сердечником 4, причем ширина этого паза 3 равна толщине пакета продольного сердечника 4. Глубина паза 3, в частном случае, равна половине высоты ярма. В листах продольного сердечника 4 (фиг, 2, 3) имеются дополнительные пазы 5, расположенные в зубцах 6 между основными пазами 7, предназначенными для укладки катушек.

Дополнительные пазы 5 глубже основных пазов 7 на величину, в частном случае, равную половине высоты ярма поперечного сердечника 2. Основные пазы 7 имеют с обеих сторон пазы 8 под клин для крепления катушек и зубцов магнитопровода, Магнитопровод- собран из продольных сердечников 4 и поперечных сердечников 2 (см. Фиг. 3) .

Стрелкой А обозначено направление движения.

В дополнительные пазы 5 продольчого сердечника 4 входят зубцы 1 и часть ярма поперечных сердечников 2

888274 а в пазы 3 поперечных сердечников 2 входит часть ярма продольного сердеч ника, 4. Вставленные в пазы 8 клинья позволяют скрепить ме>

В результате использования такого магнитопровода уменьшаются габаIp риты магнитопровода на высоту ярма, снижается расход стали, повышается надежность скрепления магнитопровода.

Формула изобретения

IS

1. Магнитопровод линейного асинхронного двигателя, состоящий иэ отдельных, имеющих ярмо и зубцы, соединенных между собой сердечников, часть из которых шихтована в поперечном направлении, а часть - в продольном, отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса и габаритов, в зубцах продольно шихтованных сердечников выполнены пазы длл сочленения с поперечно шихтованными сердечниками, которые в свою очередь имеют пазы в ярмах для сопряженил с пазами продольных сердечников.

2. Магнитопровод по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности его в работе, по коронкам зубцов продольно шихто.ванных сердечников выполнены пазы под клинья.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство .

4Р М 544065, кл. Н 02 К 41/04, 1977.

2. Авторское свидетельство

Ю 696579, кл. Н 02 К 41/04, 1979.

88827 I иг.

Составитель 3. Горник

Редактор Т. Кузнецова Техред Ж.Кастелевич Корректор М.Пожо

Заказ 10738/17 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

   

www.findpatent.ru

способ изготовления магнитопровода статора однофазного асинхронного двигателя - патент РФ 2016467

Использование: электротехника при изготовлении магнитопроводов с явно выраженными полюсами для статоров однофазных двигателей. Сущность изобретения: пластины получают из ферромагнитного порошка посредством его прессования с одновременным формированием на противоположных краях соседних полюсов утолщений в форме выступов. Набор магнитопровода из отдельных пластин осуществляют таким образом, чтобы утолщения полюсов не несущей утолщений пластины соприкасались с торцевой поверхностью полюсов, не несущей утолщений, каждой последующей пластины, а зоны с изотропной электрической проводимостью получают в процессе спекания образующих магнитопровод пластин посредством их диффузионной сварки в местах соприкосновения. На поверхности пластин, не несущей утолщений, соосно утолщениям и одновременно с ними формируют выемки, форма которых повторяет форму утолщений, а глубина меньше высоты утолщений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Изобретение относится к электротехнике, а именно к способу изготовления магнитопроводов с явно выраженными полюсами для статоров однофазных асинхронных двигателей, создающих на валу ротора пусковой электромагнитный момент. Известен способ изготовления магнитопровода с явновыраженными полюсами для статора однофазного асинхронного двигателя, создающего на валу ротора пусковой электромагнитный момент, в соответствии с которым из листового железа штампуют отдельные пластины с пазом на поверхности каждого полюса, после чего с пластины снимают заусеницы, покрывают их слоем изоляции, из отдельных пластин набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера, изготовляют медные короткозамкнутые витки, одну из активных сторон которых укладывают в пазы полюсов, а другие активные стороны укрепляют на торцевой поверхности полюсов [1]. Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость изготовления, малая технологичность конструкции, высокие затраты на производство и низкая эффективность охлаждения магнитопровода при работе двигателя. Первые два недостатка объясняются необходимостью штамповки большого числа пластин, снятием с них заусениц, образующихся при штамповке, покрытием пластин слоем изоляции, сложностью сборки магнитопровода, изготовлением медных короткозамкнутых витков и их креплением на полюсах. Третий недостаток объясняется большими отходами активных материалов в процессе штамповки пластин и короткозамкнутых витков. Причиной последнего недостатка является малая поверхность охлаждения магнитопровода. Известен другой способ изготовления магнитопроводов с явновыраженными полюсами для статоров однофазных асинхронных двигателей, создающих на валу ротора пусковой электромагнитный момент, в соответствии с которым из листового железа штампуют отдельные пластины с усеченной частью каждого полюса, снимают с пластин заусеницы, покрывают пластины слоем изоляции, из отдельных пластин набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера, после чего изготовляют зоны с изотропной электрической проводимостью в виде ферромагнитных массивных вставок с поперечным сечением, совпадающим по форме с усеченной частью полюсов, с последующим креплением зон с изотропной электрической проводимостью на усеченных частях полюсов [2]. Однако, и данный способ изготовления магнитопроводов характеризуется высокой трудоемкостью, малой технологичностью, высокими затратами на производство и низкой эффективностью охлаждения при работе двигателя. Первые два недостатка связаны со штамповкой большого числа пластин, необходимостью снятия с них заусениц, покрытием пластин слоем изоляции, сложностью сборки магнитопровода, изготовлением ферромагнитных массивных вставок сложного профиля и их креплением на полюсах. Третий недостаток объясняется большими отходами активных материалов в процессе штамповки пластин и при изготовлении ферромагнитных вставок. Причиной последнего недостатка является малая поверхность охлаждения магнитопровода. Цель изобретения - повышение технологичности, снижение трудоемкости и затрат, увеличение эффективности охлаждения магнитопровода. Поставленная цель достигается благодаря тому, что пластины получают из ферромагнитного порошка посредством его прессования с одновременным формированием на противоположных краях соседних полюсов утолщений в форме выступов, набор магнитопровода из отдельных пластин осуществляют таким образом, чтобы утолщения полюсов каждой предыдущей пластины соприкасались с торцевой поверхностью полюсов, не несущей утолщений, каждой последующей пластины, а зоны с изотропной электрической проводимостью получают в процессе спекания образующих магнитопровод пластин посредством их диффузионной сварки в местах соприкосновения. На поверхности пластины, не несущей утолщений, соосно утолщениям и одновременно с ними формируют выемки, форма которых повторяет форму утолщений, а глубина меньше высоты утолщений. Изготовление магнитопроводов по предлагаемому способу приводит к созданию на части каждого полюса электрического поверхностного контакта между пластинами, что, в случае размещения на полюсах однофазной обмотки, обуславливает сдвиг по фазе магнитных потоков частей полюсов и получение на валу ротора однофазного двигателя электромагнитного пускового момента. Данный технический эффект достигается при использовании предлагаемого способу и не достигается при использовании известных способов, в соответствии с которыми пусковой момент получают посредством охвата части каждого полюса короткозамкнутым витком, размещением на части каждого полюса массивной ферромагнитной вставки или укладкой в пазы статора вспомогательной пусковой обмотки и включением в ее цепь фазосдвигающего элемента. Поиск аналогичных и эквивалентных технических решений не обнаружил в основном и смежных классах технических решений, направленных на решение поставленной задачи предложенными путями. Это означает, что данное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". На фиг.1 показана одна из пластин магнитопровода статора с двумя явновыраженными полюсами; на фиг.2 - развертка на плоскости магнитопровода 2-полюсного асинхронного двигателя с утолщениями на части полюсов; на фиг.3 - схематический вид однофазного асинхронного двигателя; на фиг.4 - развертка на плоскости магнитопровода 2-полюсного асинхронного двигателя с утолщениями и впадинами на части полюсов. Предложенный способ изготовления магнитопровода с явновыраженными полюсами для статора однофазного асинхронного двигателя реализуется следующим образом. Порошок чистого железа (96,5%) смешивают с порошком кремния (3,5%). Из полученной смеси на прессе при давлении 8-10 т/см2 прессуют отдельные пластины 1 толщиной 1,5-2,5 мм с утолщениями 2 на части полюсов 3 (см. фиг.1). Утолщения 2 выполняются на одной из торцевых поверхностей пластин 1 и имеют форму выступов. Высота утолщений 2 составляет 0,3-1,0 мм, а их длина равна 0,35-0,45 от длины дуги полюсов 3. Из пластин 1, полученных прессованием, набирают магнитопровод необходимого в осевом направлении размера (см. фиг. 2), причем набирают так, что утолщения 2 полюсов 3 каждой предыдущей пластины 1 соприкасаются с торцевой поверхностью полюсов 3, не несущей утолщений 2, каждой последующей пластины 1. Такой порядок набора магнитопровода из отдельных пластин 1 обеспечивает соприкосновение всех пластин 1 на части поверхности полюсов 3, несущих утолщения 2. Оставшиеся части поверхности пластин 1 оказываются разделенными друг относительно друга воздушными зазорами 4, высота которых равна высоте утолщений 2. К набранному из пластин 1 магнитопроводу в осевом направлении прикладывают статическое сжимающее давление 2-4 МПа, после чего магнитопровод помещают в вакуумную печь с глубиной вакуума 10-4 мм рт.ст. Процесс спекания пластин 1, образующих магнитопровод, ведут при температуре в печи 1050-1100оС в течение 2-1,5 ч. При этом одновременно со спеканием пластин 1 протекает процесс их диффузионной сварки в местах соприкосновения друг с другом. В результате диффузионной сварки на одной части каждого полюса 3, которая несет утолщения 2, создается зона изотропной электрической проводимости 5. На другой части полюсов 3, из-за наличия между пластинами 1 воздушных зазоров 4, образуется зона 6 с анизотропной электрической проводимостью. На полюсах 3 изготовленного таким образом магнитопровода, размещается однофазная обмотка 7 (см. фиг.3), а в пространстве между полюсами 3 устанавливается ротор 8, который относительно полюсов магнитопровода статора отделяется рабочим воздушным зазором 9. На поверхности пластин 1, не несущей утолщений 2, соосно утолщениям 2 и одновременно с ними формируют выемки 10. Форма выемок 10 повторяет форму утолщений 2, а их глубина составляет 0,1-0,3 мм, т.е. приблизительно 30% от высоты утолщений 2. Однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, обеспечивает создание на валу ротора электромагнитного пускового момента и запуск двигателя в ход. Физически это объясняется следующим образом. При подключении однофазной обмотки 7 к источнику однофазного переменного напряжения в ней возникает электрический ток, который создает пульсирующий магнитный поток. Одна часть этого потока проходит по участкам 5, характеризующимся изотропной электрической проводимостью, а другая часть потока проходит по участкам 6, имеющим анизотропную электрическую проводимость. Часть потока, проходящая по участкам 5, имеющим изотропную электрическую проводимость, индуцирует в них электрические токи, которые создают свое магнитное поле, направленное встречно потоку, созданному током однофазной обмотки 7. В результате на участках 5 образуется некоторый результирующий магнитный поток, который по отношению к потоку участков 6 с анизотропной электрической проводимостью оказывается сдвинутым в пространстве и времени. Наличие пространственного и временного сдвигов по фазе магнитных потоков участков 5 и участков 6 приводит к созданию в рабочем воздушном зазоре 9 эллиптического магнитного поля, а на валу ротора 8 - электромагнитного пускового момента, обуславливающего надежный запуск двигателя. П р и м е р. Предлагаемый способ изготовления магнитопровода статора реализован в опытном образце однофазного асинхронного двигателя, в качестве ротора, в котором использован ротор с короткозамкнутой обмоткой от серийно изготавливаемого двигателя типа АПН 011-2. Производится смешивание железного порошка марки ПЖРВ-2-200 (96,5%) с добавкой порошка кремния (3,5%). Смесь прессуется на гидравлическом прессе при давлении 8 т/см2, в результате чего получаются отдельные пластины. Толщина пластин составляет 2,5 мм, высота утолщений в осевом направлении двигателя равна 0,6 мм, а их длина выполнялась равной 13 мм, что составляло 0,35 от длины дуги полюса. Из девяти пластин выбирается магнитопровод и к нему в осевом направлении прикладывается статическое сжимающее давление 3 МПа. После этого магнитопровод помещается в вакуумную печь (10-4 мм рт.ст. ), где осуществляется его спекание при температуре (1050-1070)оС в течение двух часов. Одновременно с процессом спекания протекает процесс диффузионной сварки по поверхности соприкосновения пластин. Исследования в отраслевой лаборатории кафедры "Общая электротехника и промышленная электроника" Пермского политехнического института показали, что однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, обеспечивает надежный запуск ротора из неподвижного состояния. Использование в качестве исходного материала смеси порошка чистого железа и порошка кремния и прессование смеси при давлении 8-10 т/см2 позволяет реализовать безотходную технологию и получить пластины, а следовательно и магнитопровод, у которых магнитная проницаемость, индукция насыщения, потери от протекания вихревых токов и потери на перемагничивание близки к их величинам, характерным для магнитопроводов из листовой электротехнической стали. Формирование в процессе прессования на части явновыраженных полюсов утолщений в форме выступов обуславливает получение на валу ротора однофазного асинхронного двигателя пускового электромагнитного момента, взаимную изоляцию посредством воздуха пластин друг относительно друга по всей их поверхности, исключая поверхность утолщений полюсов, а также многократное увеличение поверхности охлаждения магнитопровода статора. Спекание пластин в среде вакуума и приложение к пластинам в осевом направлении статического сжимающего давления обеспечивают пластинам и магнитопроводу необходимую механическую прочность и их диффузионную сварку по поверхности соприкосновения пластин друг с другом, т.е. по поверхности утолщений. Формирование в процессе прессования пластин выемок, расположенных соосно утолщениям, обеспечивает строго определенное положение пластин друг относительно друга и создает предпосылки для автоматизации процесса сборки магнитопровода. Всесторонними экспериментальными исследованиями установлено следующее. Уменьшение в смеси порошка чистого железа и увеличение порошка кремния приводит к снижению индукции насыщения и ухудшению механических свойств пластин за счет повышения их твердости и хрупкости. Увеличение порошка чистого железа и уменьшение порошка кремния обуславливает снижение электрического сопротивления пластин, рост вихревых токов и коэрцитивной силы, увеличение потерь на вихревые токи и перемагничивание. Прессование пластин при давлении, меньшем 8 т/см2, приводит к снижению плотности пластин, возникновению пористости и уменьшению магнитной проницаемости, т.е. ухудшению магнитных характеристик. Увеличение давления выше 10 т/см2 невозможно из-за ограниченной прочности оснастки. Уменьшение статического сжимающего давления ниже 2 МПа не позволяет получить хорошего контакта между пластинами, что приводит к снижению качества диффузионной сварки пластин и уменьшению прочности магнитопровода. Увеличение статического сжимающего давления выше 4 МПа обусловливает пластическую деформацию утолщений и приводит к уменьшению воздушного зазора между пластинами и ухудшению отвода тепла. Увеличение температуры спекания выше 1100оС приводит к появлению локальных участков оплавления. При этом теряется форма пластин, появляются поры диффузионного характера, что снижает магнитную проницаемость и увеличивает вихревые токи. Уменьшение температуры спекания вниз от 1050оС не обеспечивает условий равномерного растворения кремния в железе, что приводит к уменьшению магнитной проницаемости и магнитной индукции. Время спекания выбирается из условий полного растворения кремния в железе: с повышением температуры спекания время спекания уменьшается и, наоборот, с уменьшением температуры спекания время спекания возрастает. Прессование пластин толщиной менее 1,5 мм обуславливает уменьшение магнитной проницаемости и ухудшение магнитных характеристик из-за снижения плотности материала пластин, вызванного ростом влияния трения по торцевым поверхностям. Увеличение толщины пластин, по сравнению с 2,5 мм, приводит к увеличению вихревых токов и ухудшению электрических и магнитных характеристик магнитопроводов. Уменьшение высоты утолщений, по сравнению с 0,3 мм, обуславливает уменьшение воздушного зазора между пластинами и ведет к ухудшению охлаждения магнитопровода. Рост высоты утолщений выше 1 мм приводит к увеличению габаритов магнитопровода в осевом направлении. Снижение длины утолщений, по сравнению с 0,35 длины дуги полюсов, обуславливает уменьшение электромагнитного момента однофазного двигателя. Рост длины утолщений, в сравнении с 0,45 длины дуги полюсов, практически не приводит к увеличению электромагнитного момента, но связан с увеличением расхода порошка и уменьшением поверхности охлаждения магнитопровода. Глубина выемок выбирается из условия надежной фиксации пластин при наборе магнитопровода и эффективного отвода тепла через воздушные зазоры между пластинами. Однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по предлагаемому способу, так же как и однофазный асинхронный двигатель с магнитопроводом статора, изготовленным по способу [2], выбранному в качестве прототипа, обеспечивает создание пускового электромагнитного момента. Вместе с тем, предлагаемое изобретение, в сравнении с [2], обеспечивает получение существенного положительного эффекта, который сводится к следующему. Повышается технологичность конструкции, снижается трудоемкость и затраты на производство магнитопроводов, что объясняется отсутствием отходов активных материалов, повышением производительности за счет исключения операций снятия заусениц, взаимного изолирования пластин слоем лака, изготовлением ферромагнитных вставок, их креплением на части полюсов, полной автоматизацией производства, а также сокращением необходимого числа пластин, вызванного увеличением толщины пластин по сравнению с толщиной листовой стали. Существенно возрастает эффективность охлаждения магнитопровода и размещенной на нем обмотки за счет наличия между пластинами, образующими магнитопровод, воздушных зазоров. Повышение эффективности отвода тепла позволяет увеличить удельные электрические и магнитные нагрузки однофазных двигателей, что способствует улучшению рабочих характеристик двигателей или уменьшению их габаритов. Изобретение рекомендуется к использованию на предприятиях, осуществляющих серийное производство однофазных асинхронных двигателей.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА СТАТОРА ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, создающего на валу ротора пусковой электромагнитный момент, согласно которому изготавливают отдельные пластины, набирают из них магнитопровод необходимого в осевом направлении размера и создают на противоположных краях соседних полюсов зоны с изотропной электрической проводимостью, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, снижения трудоемкости и затрат, увеличения эффективности охлаждения, пластины получают из ферромагнитного порошка посредством его прессования с одновременным формированием на противоположных краях соседних полюсов утолщений в форме выступов, набор магнитопровода из отдельных пластин осуществляют таким образом, чтобы утолщения полюсов каждой предыдущей пластины соприкасались с торцевой поверхностью полюсов, не несущей утолщений, каждой последующей пластины, а зоны с изотропной проводимостью получают в процессе спекания образующих магнитопровод пластин посредством их диффузионной сварки в местах соприкосновения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности пластин, не несущей утолщений, соосно с утолщениями и одновременно с ними формируют выемки, форма которых повторяет форму утолщений, а глубина меньше высоты утолщений.

www.freepatent.ru

Магнитопровод статора однофазного асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к электрическим машинам малой мощности. Цель изобретения - повышение механической прочности магнитопровода Магнитопровод статора однофазного асинхронного двигателя состоит из основных 1 и вспомогательных 2 полюсов, соединенных участками спинки статора большего 3 и меньшего 4 сечений. Участки 3 и 4 спинки имеют равные радиальные размеры и разные аксиальные размеры. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s Н 02 К 1/14

ГосудАРствен4ый комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 аВl_#_i) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4416817/07 (22) 08.02.88 (46) 15.03.91. Бюл, М 10 (71) Средневолжское производственное объединение "Трансформатор" (72) Б.Ф.Ковалев (53) 612.313.04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 257594, кл. Н 02 К 17/10, 1969. (54) МАГНИТОПРОВОД CTATOPA ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. Ж 1635242 А1 (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам малой мощности. Цель изобретения повышение механической прочности магнитопровода. Магнитопровод статора однофаэного асинхронного двигателя состоит иэ основных 1 и вспомогательных 2 полюсов, соединенных участками спинки статора большего 3 и меньшего 4 сечений. Участки 3 и 4 спинки имеют равные радиальные размеры и разные аксиальные размеры. 2 ил.

1635242 самым повысить механическую прочность магнитопровода. Разные аксиальные размеры участков 3 и 4 спинки обеспечивают разное их сечение, и при нормальной индукции в участке 3 спинки индукция в участке 4 спинки соответствует насыщению материала этого участка.

Фиг. 2

Составитель Ю, Чернавский

Техред М.Моргентал Корректор М, Шароши

Редактор М, Циткина

Заказ 759 Тираж 335 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам малой мощности, Цель изобретения — повышение механической прочности магнитопровода. 5

На фиг. 1 изображен магнитопровод статора однофазного асинхронного двигателя; на фиг. 2 — магнитопровод статора, вид

Дна фиг, 1, Магнитопровод статора однофазного 10 асинхронного двигателя состоит из основных 1 и вспомогательных 2 полюсов.

Основные и вспомогательные полюса соединяются участками 3 и 4 спинки статора большого и меньшего сечений соответст- 15 венно. Участки спинки 3 и 4 имеют равные радиальные размеры и разные аксиальные размеры, Равные радиальные размеры всех участков спинки статора дают возможность 20 обеспечить равномерную плотность порошкового материала при прессовании и тем

BudA

Формула изобретения

Магнитопровод статора однофазного асинхронного электродвигателя, выполненный из магнитомягкого порошкового материала, содержащий основные и вспомогательные полюса, соединенные спинкой, и участки спинки, прилегающие к одному и тому же полюсу с противоположных боковых сторон, имеют неодинаковое продольное сечение, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности магнитопровода, упомянутые участки спинки имеют разные размеры в аксиальном направлении.

  

www.findpatent.ru

Асинхронный двигатель

Сстроения электродвигателя.  Подготовка их к работе, включение в сеть, пуск и реверсирование электродвигателя при помощи магнитного пускателя.

Для привода из всех электрических двигателей наиболее широкое распространение получил трехфазный асинхронный двигатель. В сельском хозяйстве почти все стационарные машины приводятся в действие от этих двигателей. Они просты по конструкции, надежны в работе и удобны в обслуживании. Действие асинхронного двигателя основано на использовании кругового вращающегося магнитного поля, получаемою в трехфазных цепях переменного тока при помощи трех катушек, сдвинутых в пространстве одна относительно другой на 120°. Нарисунке показаны три катушки, расположенные в пространстве со сдвигом осей на 120°. Если эти катушки подсоединить «звездой» в трехфазную цепь, то по обмоткам катушек будет протекать трехфазный ток. Примем за положительное направление тока в катушках направление от начала к концу обмотки. Магнитный поток каждой катушки будем изображать в виде вектора, направленного вдоль ее оси. Для определения на­правления магнитного потока катушки будем пользоваться изученым правилом буравчика (если вращать рукоятку буравчика в направлении тока в витках катушки, то поступательное движение буравчика укажет направление поля). Магнитные по­токи, возникающие в катушках, будут пропорциональны токам.

Направление результирующего магнитного потока для дру­гих моментов времени периода определяется аналогичным об­разом. Сравнивая картину магнитных полей в последователь­ные моменты времени, видим, что результирующий магнитный поток, оставаясь неизменным по величине, вращается в прост­ранстве с угловой скоростью, равной круговой частоте тока, и в данном случае за один период делает один оборот.

Таким образом, вращающееся магнитное поле образуется в результате взаимодействия магнитных полей, создаваемых тремя катушками, расположенными в пространстве со сдвигом одна относительно другой на 120°, обмотки которых питаются трехфазным током. Направление вращения поля зависит от по­рядка подключения питающих проводов в сеть. Для изменения направления вращения поля нужно изменить порядок чередо­вания фаз, то есть поменять местами два любых провода из трех, которыми обмотка присоединена к сети.

Рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя. Принцип действия асинхронного двигателя основан на взаимо­действии вращающегося магнитного поля и индуцированного им тока в роторе.

Если во вращающееся магнитное поле поместить металли­ческую рамку на осях так, чтобы ось вращения рамки совмести­лась с осью вращения магнитного поля, то магнитные силовые линии вращающегося поля будут пересекать горизонтально рас­положенные стороны рамки, в результате чего в рамке будет индуцироваться ЭДС, которая вызовет в замкнутой рамке ин­дуцированный ток. Направление этого тока определится прави­лом «правой руки», причем необходимо учесть, что вращение магнитного поля относительно горизонтальных сторон рамки равносильно обратному вращению рамки. На проводник с то­ком, находящийся в магнитном поле, действует электромагнитная сила.

В данном случае на каждую горизонтальную сто­рону рамки будут действовать силы, равные между собой по величине и противоположные по направлению. Направление сил можно определить по правилу «левой руки». Под действием этой пары сил рамка будет вращаться в направлении вращения магнитного поля. При этом частота вращения рамки всегда будет меньше частоты вращения магнитного поля. Чем больше разность этих частот, тем больше будут сила то­ка, индуцированного в рамке, и вращающий момент, действую­щий на нее. Следовательно, рамка всегда будет вращаться асинхронно (от греческого сло­ва «асинхронос» — неодновременно) по отношению к вращаю­щемуся магнитному полю. По этой причине двигатель называ­ется асинхронным (металлическая рамка во вращающемся маг­нитном поле является простейшим вариантом асинхронного дви­гателя).

Тормозящий момент, создаваемый силами сопротивления, всегда стремится уменьшить частоту вращения рамки. Эта час­тота будет уменьшаться до тех пор, пока не наступит равенст­во вращающего и тормозящего моментов, после этого она ста­нет постоянной. Чем больше тормозящий момент, действующий на рамку (ротор), тем медленнее она вращается.

Относительное отставание рамки (ротора) от вращающегося магнитного поля характеризуется величиной, называемой сколь­жением.

Номинальное скольжение асинхронного двигателя находит­ся в пределах 1 ... 6 %.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: неподвижной — статора и вращающейся — ротора. Статор состоит из корпуса, сердечника и обмотки. Кор­пус статора служит для крепления сердечника с обмоткой и подшипниковых щитов. Корпус отлит из чугуна или алюминие­вых сплавов, а сердечник набирается из тонких листов электротехнической стали.

Выводы обмоток ста­тора (начала и концы обмоток) подключают к зажимам щит­ка двигателя по схеме «звезда» или «треугольник» в зависи­мости от напряжения сети.

Ротор асинхронного двигателя состоит из стального вала и закрепленного на валу сердечника с обмоткой. Вал ро­тора вращается в подшипниках, закрепленных в подшипнико­вых щитах. Щиты к корпусу двигателя крепят болтами. На один конец вала ротора насаживают шкив или муфту для передачи движения рабочим машинам. По конструкции ротора асинхронные двигатели разделяются на два типа: двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором, или, как их называют, двигатели с контактными кольцами.

Короткозамкнутый ротор двигателя — цилиндр и, как сер­дечник статора, собран из отдельных листов электротехниче­ской стали. В его пазы закладывают медные или алюминие­вые стержни, соединенные с обеих торцевых сторон ротора эле­ктрически замыкающими их кольцами. Стержни, соединенные кольцами, служат обмоткой ротора. Эта обмотка по внешнему виду напоминает «беличье колесо». В двигателях мощностью до 100 кВт обмотку такого типа делают путем заливки рас­плавленного алюминия в пазы сердечника ротора, причем за­мыкающие кольца и лопасти вентилятора представляют собой одну отливку. Положительные качества двигателя с короткозамкнутым ротором — простота конструкции и надежность в эксплуатации, отрицательное — большой пусковой ток, превы­шающий номинальный в 6...7 раз.

Все электродвигатели имеют паспортную табличку, в кото­рой приведены их основные технические данные: тип; заводской номер; номинальные напряжения; номинальные токи; номи­нальная мощность; частота вращения ротора при номинальной нагрузке; номинальный коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, частота переменного тока; год выпуска; масса; ГОСТ, в соответствии с которым изготовлен двигатель.

Кроме этих типов двигателей общего применения, промыш­ленность выпускает ряд двигателей специального назначения. Например, для сельского хозяйства выпускают электродвигатели АО2 с индексом ВМС — влаго - и морозостойкого исполне­ния. Эти двигатели предназначены для работы на открытом воздухе, во всех сельскохозяйственных помещениях при темпе­ратуре окружающей среды от —40 до ₊40°C, относительной влажности воздуха до 95%.

Включение и пуск асинхронных двигателей с короткозамк­нутым ротором.

Выводы обмоток статора (начала и концы) у асинхронных трехфазных двигателей обозначены:

Начала Концы

1-я фаза CI С4

2-я » С2 С5

3-я » СЗ С6

Начала и концы обмоток обозначаются (окрашены) также следующими цветами:

Начала Концы

1-я фаза Желтый Желтый с черным

2-я » Зеленый Зеленый » »

3-я » Красный Красный » »

В зависимости от линейного напряжения сети и номиналь­ного фазного напряжения обмотки статора двигателя выбира­ют способ соединения обмоток «звездой» или «треугольником».

При соединении статорных обмоток «звездой» все концы С4, С5, С6 соединяют в общую точку и изолируют, а начала С1, С2, СЗ подключают к сети. Можно начала CI, С2, СЗ соеди­нять в общую точку, а концы С4, С5, С6 подключить к сети. В паспорте электродвигателя указывают обычно два напряже­ния. Если в паспорте указано 220/380В и стоит обозначение то это значит, что при линейном напряжении в сети 220В статорные обмотки двигателя нужно соединить в «тре­угольник», а при линейном напряжении 380В — «в звезду».

Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Применяют два способа пуска в ход асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: непосредственное включение его в сеть (прямой пуск) и пуск в ход при пониженном напряжении на его зажимах. При непосредственном включении двигателя в сеть в момент пуска электродвигатель потребляет из сети ток (пусковой ток) в 5—7 раз больше номинального, что приводит к резкому понижению напряжения в сети. Особенно при пуске мощных двигателей напряжение снижается значительно, что вредно отражается на работе других потребителей. Поэтому прямой пуск применим для двигателей малой мощности, до 30 кВт.

Пуск при пониженном напряжении применяют в асинхрон­ных двигателях большой мощности, а также для двигателей средней мощности при маломощных электрических сетях. В этом случае применяют пуск с переключением обмоток статора со «звезды» на «треугольник». При этом в момент пуска обмотки подключают к сети «звездой», а когда частота вращения ротора достигнет номинальной, обмотки быстро переключают на «тре­угольник». Этот способ применим для электродвигателей, нор­мально работающих при соединении статорных обмоток в «тре­угольник». Нагрузка на двигатель при таком спо­собе пуска должна быть не более одной трети номинальной. Понижения напряжения можно также достичь включением в цепь обмотки статора на период пуска добавочных активных или реактивных сопротивлений или подключением двигателя к сети через понижающий автотрансформатор.

Реверсирования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором достигают путем изменения направления вращения магнитного поля статора. Для этого достаточно по­менять местами два любых линейных провода, подводящих ток к обмотке статора.

Для пуска, управления и защиты электроустановок служит специальная аппаратура: рубильники, переключатели, пакетные выключатели, контакторы, магнитные пускатели, реостаты, эле­ктрические реле, предохранители, автоматические выключатели, тепловые реле и др.

mehanik-ua.ru

Асинхронный электродвигатель с разомкнутым магнитопроводом

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1) 574825

Союе Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.05.76 (21) 2363918/07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.09.77. Бюллетень М 36

Дата опубликования описания 28.09.77 е(51) Ë1. Кл. - Н 02К 17/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений (53) УДК 621.313.333.2 (088.8) и открытий (72) Авторы изобретения

М. Г. Резин, М, Г. Мурджикян, Ф. H. Сарапулов и Ю. Р. Урманов (71) Заявитель

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

С РАЗОМКНУТЫМ МАГНИТОПРОВОДОМ

Формула изобретения

Изобретение относится к электротехнике.

Известны асинхронные электродвигатели с разомкнутым магнитопроводом.

Однако для них характерны повышенные потери в роторе вследствие краевого эффекта.

Известны также асинхронные электродвигатели с разомкнутым магнитопроводом с петлевой короткозамкнутой обмоткой на роторе, наиболее близкие по технической сущности к изобретению.

Целью изобретения является снижение тормозных усилий и потерь в роторе.

Эта цель достигается расположением шихтованных ферромагнитных сердечников, магнитоизолированных от пакета статора, ширина которых равна полюсному делению, а длина— осевой длине ротора.

На чертеже схематично изображен статор двигателя с разомкнутым магнитопроводом и ротор с короткозамкнутой петлевой обмоткой.

Статор 1 расположен против ротора 2, который содержит короткозамкнутую петлевую обмотку 3, размещенную в пазах 4 ротора.

Ферромагнитные сердечники 5 размещены по торцам разомкнутого магнитопровода статора и способствуют росту индуктивного сопротивления короткозамкнутого витка обмотки ротора, входящего или выходящего из активной зоны статора, вследствие чего броски тока в этом витке будут ограничены. Снижение бросков тока в этих витках при входе или выходе нх пз активной зоны статора позволяет уменьшить потери в роторе двигателя и снизить

10 тормозные усилия.

Асинхронный электродвигатель с разомкну15 тым магнптопроводом, содержащий статор с распределенной обмоткой, ротор с петлевой короткозамкнутой обмоткой, о т л и ч а ю щ е йс я тем, что, с целью снижения тормозных усилий и потерь в роторе, к торцовым частям

20 магнитопровода статора параллельно оси двигателя примыкают шихтованные ферромагнитные сердечники, длина которых равна длине магнитопровода статора, а ширина — полюсному делению.

574825

Подписное

Заказ 2201/7 Изд. № 782 Тираж 917

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Тнпограия, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Краснов

Редактор А. Купрякова Тскред А. Камышникова Корректор Е. Хмелева

  

www.findpatent.ru