Utilizzo: negli azionamenti elettrici domestici e industriali e negli alimentatori. Essence: macchina asincrona con rotore a gabbia di scoiattolo contiene uno statore con avvolgimento elicoidale multifase distribuito in direzione assiale e un rotore con aste elettricamente conduttive assiali e relativi elementi di chiusura. Gli elementi di chiusura possono essere sotto forma di anelli o aste elicoidali. Lo statore con avvolgimento può essere suddiviso per intercapedini longitudinali-radiali in due o più parti, che in alcuni casi possono essere tecnologicamente più avanzate. 7 p.p. f-ly, 8 ill.

L'invenzione riguarda l'asincrono macchine elettriche e può essere utilizzato in azionamenti elettrici domestici e industriali ad alta velocità, nonché in centrali elettriche con azionamenti ad alta velocità.

Macchine da collezione note di vari modelli (1). Fornendo una velocità di rotazione sufficientemente elevata come motori, presentano svantaggi significativi come bassa affidabilità, bassa tecnologia, complessità di manutenzione, breve durata dovuta alla presenza di un gruppo collettore di spazzole.

La più vicina alla proposta è una macchina asincrona con un rotore a gabbia di scoiattolo contenente uno statore ferromagnetico con fessure e al cui interno è inserito un avvolgimento dell'indotto multifase, un rotore con aste assiali elettricamente conduttive ed elementi di bloccaggio a forma di anelli (2). Una macchina come un motore è esente dalla mancanza di collettori per l'assenza di collettore e spazzole, è semplice e affidabile. Tuttavia, il suo svantaggio significativo è il fatto che quando alimentato dalla rete di frequenza f, in linea di principio non può fornire velocità di rotazione n> 60f rpm e come generatore - frequenze di tensione f< n/60 Гц, и как следствие этого, имеет ограниченную область применения.

Scopo dell'invenzione è ampliare il campo di applicazione mantenendo semplicità ed affidabilità.

Questo obiettivo è raggiunto dal fatto che le scanalature dello statore della macchina sono smussate lungo un percorso elicoidale lungo l'asse della macchina, e l'avvolgimento dell'indotto e le aste di chiusura degli elementi del rotore sono distribuiti in direzione assiale e il gli elementi di chiusura del rotore sono posti nel suo strato superficiale attivo. In questo caso, le aste di chiusura degli elementi rotorici possono essere realizzate sotto forma di anelli posti nelle scanalature anulari perpendicolari all'asse della macchina. Inoltre, gli elementi di chiusura delle aste del rotore possono essere realizzati anche sotto forma di aste elicoidali, poste in scanalature appositamente studiate per esse smussate lungo una traiettoria elicoidale lungo l'asse della macchina e collegate galvanicamente alle aste assiali alle loro intersezioni. L'avvolgimento dell'indotto della macchina è composto da sezioni, ciascuna delle quali è costituita da una parte attiva elicoidale e da una parte frontale rettilinea, e le parti frontali delle sezioni sono disposte in una scanalatura assiale appositamente realizzata nello statore. Il traferro lungo la circonferenza del foro dello statore nella regione delle parti terminali dell'avvolgimento dell'indotto (la scanalatura assiale dello statore) dovrebbe essere reso irregolare riducendo la dimensione radiale dello statore. È opportuno realizzare la scanalatura assiale dello statore con una profondità di valore prossimo alla dimensione radiale dello statore o passante in direzione radiale con la formazione di una scanalatura. Lo statore e l'avvolgimento dell'indotto possono essere divisi da spazi longitudinali in due o più parti e le sezioni di ciascuna parte dell'avvolgimento dell'indotto sono costituite da due parti attive e due parti frontali situate negli spazi indicati. Se gli elementi di chiusura del rotore sono elicoidali, i passaggi e le direzioni delle "viti" dello statore e delle scanalature del rotore con una traiettoria elicoidale dovrebbero essere gli stessi.

la figura 1 mostra un esempio del progetto della macchina; figura 2 - un esempio di macchina a rotore con elementi di chiusura anulari (schematicamente); figura 3 - un esempio di rotore di macchina con elementi di chiusura elicoidali (schematicamente); in fig. 4 - un esempio di circuito di avvolgimento dell'indotto di una macchina con rapporto n c /f = 120 rpm Hz; la figura 5 è un'immagine della polarità del campo magnetico dell'avvolgimento secondo la figura 4 nel traferro (sweep lungo la circonferenza); la figura 6 è una vista della macchina con uno statore diviso in due parti dall'estremità quando lo schermo viene rimosso; la figura 7 è un esempio di circuito di avvolgimento dell'indotto per una macchina con statore diviso in due parti e rapporto n c /f = 120 rpm Hz (scansione circolare); la figura 8 è un esempio di circuito di avvolgimento dell'indotto con un rapporto n c /f = 240 rpm Hz.

La macchina asincrona con rotore a gabbia di scoiattolo contiene uno statore ferromagnetico 1 (vedi Fig. 1) con un avvolgimento di armatura multifase 2 (nell'esempio di Fig.1 - trifase) e un rotore 3. Lo statore 1 è fisso nell'alloggiamento 4 ed è realizzato con scanalature 5, 6 e 7 lungo il numero delle fasi A, B e C dell'avvolgimento 2. Le scanalature sono smussate lungo un percorso elicoidale lungo l'asse della macchina. In sostanza, lo strato della scanalatura del dente dello statore è una struttura elicoidale a più principi (m è l'ingresso, dove m è il numero di fasi dell'avvolgimento dell'indotto) e le fasi A, B e C dell'avvolgimento 2 , posti rispettivamente nelle scanalature elicoidali 5, 6 e 7, sono distribuiti in direzione assiale. Il rotore 3 nello strato superficiale attivo presenta un avvolgimento in cortocircuito, costituito da aste assiali 8 elettricamente conduttive, distribuite lungo la circonferenza, e di chiusura degli elementi 9 aste 8, distribuite in direzione assiale. Quando questi elementi di chiusura 9 possono essere realizzati sotto forma di anelli (vedi Fig. 2), il che è tecnologicamente abbastanza avanzato. È anche possibile realizzare elementi di chiusura 9 a forma di aste elicoidali (vedi figura 3), strutturalmente più complessa e meno tecnologicamente avanzata, ma che consente di migliorare le prestazioni della macchina aumentando l'induttanza reciproca degli avvolgimenti statore e rotorico. Infatti, le scanalature elicoidali per tali elementi di chiusura formano una struttura elicoidale a più principi dello strato superficiale del rotore (nell'esempio di Fig. 3 - sei principi). Le macchine di avvolgimento dell'ancora 2 sono distribuite nella direzione assiale della sezione 10 (vedi figura 4), collegate tra loro nel modo consueto. Le stesse sezioni 10 sono in realtà delle semi-bobine con una parte attiva 11 di forma elicoidale smussata lungo un'elica e una parte frontale rettilinea 12. Le parti frontali 12 sono disposte in una scanalatura 13 appositamente realizzata per loro (vedi Fig.1). A causa del fatto che la linea assiale delle parti frontali dell'avvolgimento dell'indotto (slot asse 13) è il confine del brusco cambiamento di polarità del campo statorico (vedi Fig.5), che porta alla creazione di una frenatura coppia nella macchina, quindi per indebolire il momento specificato, il traferro in quest'area viene reso irregolare riducendo la dimensione radiale dello statore (vedi figura 1).

Poiché le parti frontali 12 dell'avvolgimento dell'indotto nel rotore creano un campo bipolare, che provoca anche una coppia frenante nella macchina, quindi per indebolire o eliminare questo fenomeno indesiderato, la scanalatura assiale 13 dello statore è realizzata con una profondità ravvicinata valore alla dimensione radiale dello statore o attraverso la formazione di una fessura (vedi linea tratteggiata nell'area della scanalatura 13 in Fig. 1). Dal punto di vista della producibilità e della manutenibilità può essere opportuna la divisione dello statore 1 e dell'avvolgimento dell'indotto 2 degli interstizi longitudinale-radiale 14 in due (Fig.6) o più parti. In questo caso, le sezioni di ciascuna parte dell'avvolgimento dell'ancora 2 sono costituite da due parti attive 15 e due parti frontali 16 poste negli intervalli 14 (vedi Fig.6 e 7). Nel caso di esecuzione degli elementi di chiusura 9 del rotore 3 elicoidali (vedi figura 3) per garantire la massima coppia elettromagnetica macchina, si consiglia di eseguire i passaggi delle "viti" delle scanalature elicoidali dello statore e del rotore stesso. La miscelazione della macchina è opportuna con una disposizione longitudinale-radiale dei fogli. Il progetto della macchina con uno statore esterno e un rotore interno è stato descritto sopra. Tuttavia, è anche possibile progettare con uno statore interno e un rotore esterno, che, per ragioni tecnologiche o di altro tipo, possono essere più preferibili.

L'invenzione si basa sull'idea di ottenere elevate velocità di rotazione in una macchina asincrona a basse frequenze ah della tensione di alimentazione (motore) e, viceversa, frequenze di bassa tensione a alte frequenze rotazione (generatore) formando un campo magnetico elicoidale assiale che viaggia nella direzione assiale. Il movimento assiale di un tale campo rispetto ai circuiti del rotore elementare è equivalente alla sua rotazione (vedi Fig.5). In questo caso, a seconda del passo della "vite" del campo, il suo spostamento assiale di una divisione dei poli equivale alla sua rotazione di un certo numero di giri. Ad esempio, spostare il campo di una divisione dei poli con un passo della "vite" del campo uguale alla divisione dei poli equivale a ruotarlo di un giro, con un passo di 0,5 - di due giri, ecc. Poiché il passo della "vite" del campo è determinato solo dal passo della "vite" dell'avvolgimento dell'indotto (slot dello statore), - questi valori sono uguali tra loro, - quindi la relazione tra la frequenza della tensione f e la frequenza di rotazione del campo statorico (frequenza di rotazione sincrona) n c è determinata dal seguente ragionamento.

Il movimento del campo statorico con il passo della "vite" t B1 = per divisione dei poli corrisponde (equivalentemente) alla rotazione del campo di un giro ed al tempo 1/2f c = 1/20 f min. Tenendo conto della dipendenza inversamente proporzionale della rotazione del campo dal passo relativo della "vite" del campo (slot) dello statore t B1 / mostrato sopra, la frequenza di rotazione del campo (frequenza di rotazione sincrona) è determinata come segue: n c =120f/t B1 =120fn B1 rpm, dove n B1 =/t B1 è il numero di giri della cava dello statore per polo.

Nell'esempio considerato, dove n B1 =/t B1 =1, ad una frequenza f = 50 Hz n c = = 6000 rpm, impossibile da fornire in una macchina asincrona. Modificando n B1 è possibile ottenere qualsiasi rapporto n c /f.

Va notato che in termini di processi fisici, il funzionamento della macchina in tutte le modalità (motore, generatore, freno) non è diverso dal funzionamento di una macchina asincrona convenzionale, in cui il rotore ruota con uno slittamento rispetto allo statore rotante campo.

Per la sua semplicità e affidabilità, nonché per la possibilità di ottenere teoricamente qualsiasi velocità elevata alle basse frequenze di rete e tensione di qualsiasi bassa frequenza alle alte velocità, la macchina proposta come motore può trovare ampia applicazione in un azionamento elettrico domestico (miscelatori, macinacaffè, asciugacapelli, ecc.) invece di motori di raccolta inaffidabili, nonché in un azionamento elettrico industriale ad alta velocità di medie e grandi dimensioni (trebbiatrici, centrifughe, ecc.), dove i convertitori di frequenza possono essere escluso, e come generatore - in centrali elettriche con azionamento ad alta velocità (turbina), dove possono essere esclusi i riduttori.

1. MACCHINA ASINCRONA A ROTORE CORTO CHIUSO, contenente uno statore a nucleo ferromagnetico con uno strato superficiale attivo cilindrico con scanalature ed avvolgimento multifase posto al loro interno, e un rotore concentrico allo statore a nucleo ferromagnetico ed elettricamente conduttivo aste assiali nel suo strato superficiale attivo ed elementi di chiusura delle aste, caratterizzato dal fatto che, per ampliare la portata fornendo un determinato rapporto tra velocità di rotazione e frequenza della tensione pur mantenendo semplicità e affidabilità, le cave dello statore sono realizzate smussate lungo un'elica percorso lungo l'asse della macchina e l'avvolgimento dello statore e le aste di chiusura degli elementi del rotore sono distribuiti nella direzione assiale e il rotore degli elementi di chiusura è posizionato nel suo strato superficiale attivo.

2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le aste di chiusura degli elementi rotorici sono realizzate sotto forma di anelli ricavati nelle scanalature anulari ricavate nell'anima perpendicolarmente all'asse della macchina.

3. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che le aste di chiusura degli elementi rotorici sono realizzate sotto forma di aste elicoidali poste in scanalature ricavate smussate lungo la traiettoria elicoidale lungo l'asse della macchina, e collegate galvanicamente alle aste assiali nei punti di intersezione con essi.

4. Macchina secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che l'avvolgimento statorico è costituito da profilati, ciascuno dei quali è costituito da una parte attiva elicoidale e da una parte frontale rettilinea, e le parti frontali dei profilati sono disposte in una scanalatura assiale realizzato nello statore.

5. Macchina secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che il traferro lungo la circonferenza del foro statorico in corrispondenza delle parti frontali dell'avvolgimento statorico è reso irregolare riducendo l'ingombro radiale dello statore.

6. Macchina secondo le rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che la scanalatura assiale dello statore è realizzata con una profondità di valore prossimo alla dimensione radiale dello statore, oppure passante in direzione radiale con la formazione di un'asola.

Forme strutturali di esecuzione di macchine elettriche.

Informazioni di base sui motori asincroni seriali.

Modalità di funzionamento di una macchina asincrona.

Il principio di funzionamento di una macchina asincrona.

Il dispositivo di una macchina asincrona.

Lezione #2

Sistemi di navigazione

Filiale di Irkutsk di MSTU GA

Irkutsk, 2007

Macchine elettriche asincrone

Auto elettrica

CONFERENZA #9

E SISTEMI DI VOLO E NAVIGAZIONE

DIPARTIMENTO IMPIANTI ELETTRICI DELL'AVIAZIONE

FILIALE DI IRKUTSK

AVIAZIONE CIVILE

UNIVERSITÀ TECNICA DELLO STATO DI MOSCA

per disciplina

per studenti di specialità 160903

Dipartimento Sistemi elettrici aeronautici e controllo del volo

APPROVARE

Capo del Dipartimento delle centrali nucleari e PNK

Candidato di Scienze Tecniche, Professore Associato Mishin S.V.

« 14 » Marta 2008 G.

Per disciplina: Auto elettrica

Argomento della lezione: Macchine elettriche asincrone (2 ore)

LETTERATURA

1. Kopylov B.V. Auto elettrica. M., 1988

AIDS VISIVO, APP, TCO

1. Installazione multimediale

Discussa nella riunione del dipartimento

« 14 » Marta 2008 città, protocollo n. 8/07

Una macchina asincrona è costituita da due parti principali separate da un traferro: uno statore stazionario e un rotore rotante. Ognuna di queste parti ha un nucleo e un avvolgimento. In questo caso, l'avvolgimento dello statore è collegato alla rete ed è, per così dire, primario e l'avvolgimento del rotore è secondario, poiché l'energia entra dall'avvolgimento dello statore a causa della connessione magnetica tra questi avvolgimenti.

Secondo il loro design, i motori asincroni sono divisi in due tipi: motori con rotore a gabbia e motori con rotore di fase. Considera il dispositivo di un motore asincrono trifase con rotore a gabbia di scoiattolo (Fig. 1). I motori di questo tipo sono i più utilizzati.

Fig. 1. Il dispositivo di un motore asincrono trifase con rotore a gabbia:

1, 11 - cuscinetti; 2 - albero; 3, 9 - scudi portanti; 4 - morsettiera; 5 - nucleo del rotore con avvolgimento in cortocircuito; 6 - nucleo statore con avvolgimento; 7 - corpo; 8 - avvolgimento dello statore; 10 - ventola; 12 - involucro della ventola; 13 - superficie esterna a coste del corpo; 14 - zampe; 15 - bullone di messa a terra

La parte fissa del motore - lo statore - è costituita da un alloggiamento 7 e un nucleo 6 con avvolgimento trifase 8. L'alloggiamento del motore è fuso in lega di alluminio o ghisa o realizzato mediante saldatura. Il motore considerato ha un design soffiato chiuso. Pertanto, la superficie del suo corpo ha una serie di nervature longitudinali, il cui scopo è aumentare la superficie di raffreddamento del motore.

L'alloggiamento contiene il nucleo dello statore 6, che ha una struttura laminata: fogli stampati di lamiera sottile di acciaio elettrico con uno spessore di solito di 0,5 mm sono ricoperti da uno strato di vernice isolante, assemblati in un pacchetto e fissati con staffe speciali o saldature longitudinali lungo la superficie esterna della confezione. Questo design del nucleo contribuisce a una significativa riduzione delle correnti parassite che si verificano durante la rimagnetizzazione del nucleo mediante una rotazione campo magnetico. Sulla superficie interna del nucleo statorico sono presenti scanalature longitudinali in cui sono poste le parti scanalate dell'avvolgimento statorico, collegate in un certo ordine dalle parti frontali poste all'esterno del nucleo sui suoi lati estremi.

Nel foro dello statore c'è una parte rotante del motore: un rotore, costituito da un albero 2 e un nucleo 5 con un avvolgimento in cortocircuito. Tale avvolgimento, chiamato "ruota di scoiattolo", è una serie di aste di metallo (alluminio o rame) situate nelle scanalature del nucleo del rotore, chiuse su entrambi i lati da anelli di cortocircuito (Fig. 2, a). Anche il nucleo del rotore ha una struttura laminata, ma i fogli del rotore non sono rivestiti con vernice isolante, ma hanno una sottile pellicola di ossido sulla loro superficie. Questo è un isolamento sufficiente per limitare le correnti parassite, poiché la loro entità è piccola a causa della bassa frequenza di inversione della magnetizzazione del nucleo del rotore. Ad esempio, con una frequenza di rete di 50 Hz e uno scorrimento nominale del 6%, la frequenza di rimagnetizzazione del nucleo del rotore è di 3 Hz.

Fig.2. Rotore a gabbia di scoiattolo:

a - "gabbia di scoiattolo" avvolgente; b - un rotore con avvolgimento realizzato mediante stampaggio ad iniezione;

L'avvolgimento del rotore a gabbia di scoiattolo nella maggior parte dei motori viene eseguito mediante fusione del nucleo del rotore assemblato con lega di alluminio fuso. Allo stesso tempo, gli anelli di cortocircuito e le lame di ventilazione vengono lanciati contemporaneamente alle aste di avvolgimento (Fig. 2, b).

L'albero del rotore ruota nei cuscinetti volventi 1 e 11 situati negli schermi dei cuscinetti 3 e 9.

Il raffreddamento del motore avviene mediante soffiaggio sulla superficie esterna alettata della carcassa 13. Il flusso d'aria è creato da un ventilatore centrifugo 10 coperto da una carcassa 12. Sulla superficie di estremità di questa carcassa sono presenti dei fori per l'aspirazione dell'aria. I motori con potenza di 15 kW e oltre, oltre a quello chiuso, realizzano anche una versione protetta con autoventilazione interna. Negli scudi dei cuscinetti di questi motori sono presenti dei fori (persiane) attraverso i quali l'aria viene convogliata attraverso la cavità interna del motore per mezzo di una ventola. In questo caso, l'aria “lava” le parti riscaldate (avvolgimenti, nuclei) del motore e il raffreddamento è più efficiente rispetto al soffiaggio esterno.

Le estremità degli avvolgimenti di fase sono portate ai terminali della morsettiera 4. Tipicamente, i motori asincroni sono progettati per essere inclusi in rete trifase per due diverse tensioni, che differiscono di un fattore. Ad esempio il motore è predisposto per essere collegato ad una rete per tensioni di 380/660 V. Se la rete tensione di linea 660 V, quindi l'avvolgimento dello statore dovrebbe essere collegato con una stella e, se 380 V, con un triangolo. In entrambi i casi la tensione sull'avvolgimento di ciascuna fase sarà di 380 V. Le conclusioni degli avvolgimenti di fase sono poste sul pannello in modo tale che sia conveniente collegare gli avvolgimenti di fase mediante ponticelli, senza attraversare questi ultimi (Fig. 3). In alcuni motori a bassa potenza, ci sono solo tre morsetti nella morsettiera. In questo caso, il motore può essere collegato alla rete per una tensione (il collegamento dell'avvolgimento dello statore di un tale motore con una stella o un triangolo viene effettuato all'interno del motore).

Fig.3. La posizione dei terminali dell'avvolgimento dello statore (a) e la posizione dei ponticelli

quando si collega l'avvolgimento dello statore con una stella e un triangolo (b)

Il motore è montato nel luogo della sua installazione per mezzo di gambe 14 (vedi Fig. 1) o per mezzo di una flangia. In quest'ultimo caso, sullo scudo del cuscinetto (solitamente sul lato dell'estremità sporgente dell'albero) viene realizzata una flangia con fori per il montaggio del motore sulla macchina operatrice. Per proteggere il personale operativo da possibili lesioni elettro-shock i motori sono forniti con bulloni di massa 15 (almeno due). schema elettrico l'inclusione in una rete trifase di un motore asincrono con un rotore a gabbia di scoiattolo è mostrata in Fig. 4, a.

Fig.4. Schemi schematici dell'inclusione di motori asincroni trifase con rotore a gabbia (a) e fase (b)

Un altro tipo di motori asincroni trifase - motori con rotore di fase - differisce strutturalmente dal motore considerato principalmente nel dispositivo rotore (Fig. 5). Lo statore di questo motore è costituito anche da un alloggiamento 3 e da un nucleo 4 con un avvolgimento trifase. Ha gli schermi dei cuscinetti 2 e 6 con cuscinetti volventi 1 e 7. I piedini 10 e una morsettiera 9 sono fissati al corpo 3. Tuttavia, il rotore ha un design più complesso. Sull'albero 8 è fissato un nucleo lamellare 5 con avvolgimento trifase, simile all'avvolgimento dello statore. Questo avvolgimento è collegato con una stella e le sue estremità sono collegate a tre anelli di contatto 11 posti sull'albero e isolati l'uno dall'altro e dall'albero. Per stabilire un contatto elettrico con l'avvolgimento di un rotore rotante, ogni collettore rotante 1 (Fig. 6) ha solitamente due spazzole 2 posizionate nei portaspazzole 3. Ciascun portaspazzole è dotato di molle che assicurano che le spazzole siano premute contro il collettore rotante con una certa forza.

I motori asincroni con rotore di fase sono più complessi e meno affidabili, ma hanno migliori proprietà di controllo e avviamento rispetto ai motori con rotore a gabbia di scoiattolo. Un diagramma schematico dell'inclusione in una rete trifase di un motore asincrono con rotore di fase è mostrato in Fig. 4, b. L'avvolgimento del rotore di questo motore è collegato al reostato di avviamento ECCETERA , che crea ulteriore resistenza nel circuito del rotore R est .

Sul corpo del motore asincrono è fissata una targhetta che indica il tipo di motore, il produttore, l'anno di fabbricazione ei dati nominali (potenza netta, tensione, corrente, fattore di potenza, velocità ed efficienza).

Fig.5. Il dispositivo di un motore asincrono trifase con rotore di fase:

1, 7 - cuscinetti; 2, 6 - scudi portanti; 3 - corpo; 4 - nucleo statore con avvolgimento; 5 – nucleo del rotore; 8 - albero; 9 - morsettiera; 10 - zampe; 11 - anelli di contatto