CZ308292B6 - Rotor cage of small asynchronous motors - Google Patents

Rotor cage of small asynchronous motors Download PDF

Info

Publication number
CZ308292B6
CZ308292B6 CZ2015-845A CZ2015845A CZ308292B6 CZ 308292 B6 CZ308292 B6 CZ 308292B6 CZ 2015845 A CZ2015845 A CZ 2015845A CZ 308292 B6 CZ308292 B6 CZ 308292B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
cage
rotor cage
rotor
elements
additional material
Prior art date
Application number
CZ2015-845A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2015845A3 (en
Inventor
František Veselka
Original Assignee
Vysoké Učení Technické V Brně
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoké Učení Technické V Brně filed Critical Vysoké Učení Technické V Brně
Priority to CZ2015-845A priority Critical patent/CZ308292B6/en
Publication of CZ2015845A3 publication Critical patent/CZ2015845A3/en
Publication of CZ308292B6 publication Critical patent/CZ308292B6/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/022Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with salient poles or claw-shaped poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/024Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies with slots
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/165Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

The invention relates to a short circuit rotor cage in which the cage material itself comprises 5 to 90 % by weight of an additive material with a specific electrical conductivity generally higher than that of aluminium. The filler material consists of elements of the shape selected from the group of long thin body, ball, ellipsoid, polyhedron, hyperboloid and the material is selected from copper, iron, bronze, brass.

Description

Rotorová klec malých asynchronních motorůRotor cage of small asynchronous motors

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká přeměny elektrické energie na mechanickou s využitím asynchronního stroje, zejména rotorového vinutí malých asynchronních motorů.The invention relates to the conversion of electrical energy into mechanical energy using an asynchronous machine, in particular the rotor winding of small asynchronous motors.

Dosavadní stav technikyPrior art

Rotorové vinutí je nezbytnou součástí všech elektrických strojů, které realizují přeměnu elektrické energie na mechanickou. Provádí se jako klasické vinutí z jednotlivých vodičů, pak se jedná o tzv. vinutý rotor, nebo se provádí odstříknutím z hliníku, v daném případě se jedná o tzv. klec nakrátko. V některých případech je hliník nahrazen mědí a jednotlivé tyče se zkratují při vařením k tzv. kruhům nakrátko.The rotor winding is an essential part of all electrical machines, which convert electrical energy into mechanical energy. It is made as a classic winding from individual conductors, then it is a so-called wound rotor, or it is made by spraying from aluminum, in this case it is a so-called short cage. In some cases, aluminum is replaced by copper and the individual bars are short-circuited to so-called short circuits during cooking.

Klec nakrátko odstříknutá z hliníku je konstrukčně jednoduchá a výrobně nenáročná. Z mechanického hlediska dochází v některých případech k jejímu poškození existencí různých trhlin, vrypů apod. Zhotovení klece nakrátko z měděných vodičů je technologicky a cenově náročnější.The cage, which is briefly sprayed from aluminum, is simple in construction and easy to manufacture. From the mechanical point of view, in some cases it is damaged by the existence of various cracks, scratches, etc. The construction of a short-circuited cage from copper conductors is technologically and costly.

Pro vyšší a velké výkony - mezní pro odlévané hliníkové a pro svařované Cu klece, je určujícím faktorem nejen spolehlivosti, ale i ceny technologie výroby těchto klecí. Poruchy, ke kterým při provozu AM dochází, jsou způsobeny tím, že namáhání způsobené elektrodynamickými silami dosahuje takové velikosti a charakteru, že se pohybuje už za mezí pevnosti, či únavy použitého materiálu.For higher and large outputs - the limit for cast aluminum and for welded C at the cage, the determining factor is not only the reliability but also the price of the technology of production of these cages. The failures that occur during the operation of AM are caused by the fact that the stress caused by electrodynamic forces reaches such a magnitude and character that it is already beyond the limits of strength or fatigue of the material used.

Proudovodné části, tj. klec, jsou za provozu namáhány mechanickými silami, které jsou vyvolány jimi protékanými proudy. Mechanické síly mezi spřaženými vodiči vznikají vždy, a to i tehdy, když je to nežádoucí. Mohou být škodlivé zejména tehdy, jsou-li vyvolány velkými proudy. Tyto síly jsou vyvolávány magnetickým polem, které vzniká kolem každého vodiče, kterým protéká proud. Proud v kleci vzniká magnetickou indukcí, kdy magnetický tok vybuzený statorovým vinutím - protékaný trojfázovým proudem, prostoupí přes poměrně malou vzduchovou mezeru do rotoru. Tam otáčející se pole vlny statoru, resp. jeho siločáry protínají tyče klece uložené mezi zuby magnetického obvodu. Velikost těchto proudů je při konstantní rychlosti točivého pole dána okamžitou velikostí magnetického pole statoru v místě tyče. V kleci vznikne systém proudů, jejichž velikost je dána průběhem intenzity pole. Protože rotor je při rozběhu v klidu, prostorová vlna, kterou tyto proudy vytvoří, bude mít stejnou polohu jako vlna magnetického pole statoru a bude se otáčet stejnou rychlostí jako pole, a tedy i proudová vrstva statoru. Napětí indukovaná v rotorových tyčích jsou úměrná nejen velikosti vlny pole statoru, ale také kmitočtu, tj. rychlosti pohybu rotoru oproti točivému poli statoru. Induktivní reaktance způsobuje fázové zpoždění proudu za napětím, což vede ke snížení nárůstu momentu. Proto má AM při poměrně velkých záběmých proudech poměrně malý záběrový moment.During operation, the current-carrying parts, i.e. the cage, are stressed by mechanical forces which are caused by the currents flowing through them. Mechanical forces between coupled conductors always arise, even when this is undesirable. They can be harmful, especially when caused by large currents. These forces are caused by a magnetic field that arises around each conductor through which current flows. The current in the cage is created by magnetic induction, when the magnetic flux excited by the stator winding - flowing through a three-phase current, passes through a relatively small air gap into the rotor. There the rotating field of the stator wave, resp. its lines of force intersect the cage rods placed between the teeth of the magnetic circuit. The magnitude of these currents at a constant speed of the rotating field is given by the instantaneous magnitude of the magnetic field of the stator at the location of the rod. A system of currents is created in the cage, the magnitude of which is determined by the course of the field intensity. Because the rotor is at rest during start-up, the space wave generated by these currents will have the same position as the stator magnetic field wave and will rotate at the same speed as the field, and thus the stator current layer. The voltages induced in the rotor rods are proportional not only to the magnitude of the stator field wave, but also to the frequency, i.e. the speed of movement of the rotor relative to the rotating stator field. Inductive reactance causes a phase delay of the current behind the voltage, which leads to a reduction in the torque increase. Therefore, AM has a relatively small engagement torque at relatively large inrush currents.

Výpočet velikosti a charakteru elektrodynamických sil se provádí ze zákona o zachování energie nebo z Biot - Savartova zákona. Obecně platí, že na element proudovodiče dl protékaného proudem i, který se nachází v magnetickém poli s indukcí B, působí síla:The calculation of the magnitude and character of electrodynamic forces is performed from the law of conservation of energy or from the Biot - Savart law. In general, a force acts on the element of the current conductor dl flowing through the current i, which is located in the magnetic field with induction B:

dF = idl xBi (1)dF = idl xBi (1)

Při délce vodiče 1 bude tato síla dosahovat velikosti:With a wire length of 1, this force will reach:

- 1 CZ 308292 B6- 1 CZ 308292 B6

F = i I dl xB (2)F = i I dl xB (2)

Ke vzniku elektrodynamických sil v kleci asynchronního motoru dochází:The formation of electrodynamic forces in the cage of an asynchronous motor occurs:

- při víceproudových, zejména paralelních drahách (tyče klece),- for multi-stream, especially parallel tracks (cage rods),

- při změně (zakřivení, zlomu) proudové dráhy (tyč, kruh),- when changing (curving, breaking) the current path (rod, circle),

- nachází - li se vodič v těsné blízkosti feromagnetického materiálu,- if the conductor is in close proximity to the ferromagnetic material,

- při změně průřezu proudové dráhy (tyč - kruh), prakticky totožné s variantou ad. b.- when changing the cross-section of the current path (rod - circle), practically identical to the variant ad. b.

Při výpočtu velikosti a průběhu elektrodynamických sil se nahrazují tyče klece bezrozměrnými proudovými vlákny a předpokládá se jejich rovnoběžnost. Z rov. (1) platí:When calculating the magnitude and course of electrodynamic forces, the cage rods are replaced by dimensionless current fibers and their parallelism is assumed. Z rov. (1) applies:

dF2 = i2dl2 xB (3)dF 2 = i 2 dl 2 xB (3)

Kde:Where:

- F2je velikost síly, působící na element db s proudem 12,- F2 is the magnitude of the force acting on the element db with current 12,

- Bi je velikost magnetické indukce vyvolané proudem ii ve vodiči délky h.- Bi is the magnitude of the magnetic induction induced by current ii in a conductor of length h.

Pro nekonečně dlouhé vodiče z Biot - Savartova zákona plyne pro Bi: For infinitely long conductors from Biot - Savart's law, it follows for Bi :

Kde: μ= μ0. μΓ Where: μ = μ 0 . μ Γ

Bi μ i± r+codl±xrBi μ i ± r + co dl ± xr

4π r3 (4)4π r 3 (4)

Klece jsou prakticky celé „ponořené“ do listěného feromagnetického materiálu. Kruhy přiléhají prakticky „těsně“ k železu. Pro ně uvažujeme stejné prostředí - obvykle plechy Ei. Relativní permeabilita ovšem není pro tento materiál konstantní, ale je závislá na okamžité hodnotě magnetické indukce v zubu rotoru. μΓ = f (Bzr).The cages are practically entirely "immersed" in leafed ferromagnetic material. The rings fit practically "close" to the iron. For them, we consider the same environment - usually Ei sheets. However, the relative permeability is not constant for this material, but depends on the instantaneous value of the magnetic induction in the rotor tooth. μ Γ = f (B zr ).

Pro velikost síly F2 platí:The following applies to the magnitude of force F2:

ομΓΗ C+c°sinB — - I 5ο μ Γ Η C + c ° sinB - - I 5

4π J_rr, r2 f2 4π J_ rr , r 2 f 2

BoBriih f 2 f+co sin/? sináBoBriih f 2 f + co sin /? siná

II úi V d CivOII úi V d CivO

4π Jo J_m r2 μομμ^ f° sin psina r? =---------I I -----------ap al?4π J o J_ m r 2 μομμ ^ f ° sin psina r? = --------- II ----------- ap al?

4π Jo 4 a l μΓ 4π J o 4 al μ Γ

F =---- ú i2 * 10 7 [N;m,m,A] (5)F = ---- ú i 2 * 10 7 [N; m, m, A] (5)

V případě, že vodiče nejsou přímé, pak se pro určení magnetické indukce použije vztah:If the conductors are not straight, then the relationship is used to determine the magnetic induction:

Mo/MMo / M

B =----(cos So — cosSi)B = ---- (cos So - cosSi)

4πα v r r 7 4πa vrr 7

-2 CZ 308292 B6-2 CZ 308292 B6

PoPrGPoPrG

4πχ (C0S/?2 — COS/^) cos/?2 = l± — x yjd2· + (l\ ~ %)2 cos= —x s/a2 + x2 4πχ (C0S /? 2 - COS / ^) cos /? 2 = l ± - x yjd 2 · + (l \ ~ % ) 2 cos = —xs / a 2 + x 2

Pro sílu Fi platí:The following applies to the strength Fi:

μομΓ C1 l± — x x —----lily I , = 4 , =μ ο μ Γ C 1 l ± - xx —---- lily I, = 4, =

4πα Jo [^a2 + (1^ — x')2 /a2 + x2 4πα J o [^ a 2 + (1 ^ - x ') 2 / a 2 + x 2

211μΓ 21 1 μ Γ

Ei =-------ίαEi = ------- yes

. 10“7 (6). 10 “ 7 (6)

Hodnota v závorce se pro rozměry - drážková rozteč, délka tyče, obvyklé u těch velikostí klecí, u kterých se vliv elektrodynamických sil na mechanickou pevnost uplatňuje, blíží k hodnotě 1. Většina tvarů drážek u větších strojů s vírovou kotvou je blízká obdélníku s různým poměrem stran. Pro vodiče s pravoúhlým průřezem byl odvozen opravný činitel kp, kterým se vypočtená síla násobí. Pro obvyklé rozměry u tyčí platí:The value in parentheses for the dimensions - groove spacing, bar length, common for those cage sizes where the effect of electrodynamic forces on mechanical strength is applied, is close to 1. Most groove shapes on larger machines with a vortex anchor are close to a rectangle with different ratios. hillside. For conductors with a rectangular cross-section, a correction factor kp was derived, by which the calculated force is multiplied. The following applies to the usual dimensions for bars:

0,12 a — b b0.12 a - b b

OTb + h (7)OTb + h (7)

Magnetická indukce v zubu rotoru se periodicky mění se skluzovou frekvencí a půlvlny se střídají s dvojnásobnou frekvencí. To znamená, že během každé půlvlny zcela určitě dosáhne magnetická indukce v zubu rotoru dvakrát hodnoty, kdy je μΓ = max. U plechů typu Ei se tato hodnota pohybuje kolem 4000. Tyče klece rotoru jsou proto 4x za skluzovou periodu namáhány 4000 větší silou, než kdyby byly ve vzduchu. Mechanické napětí v odlévaných klecích není vzhledem k jejich konstrukci a technologii výroby rozloženo rovnoměrně, ani lineárně. Krystalická struktura, která je velmi často ještě narušena dendrity, případně cizími vměstky, není vždy ideální a krystaly mohou být různě orientované. Působí - li na takový materiál napětí, nepřenáší se všemi krystaly rovnoměrně. Jedná se téměř vždy o nehomogenní materiál. Tyče mají také podstatně hrubší povrch, daný proložením jednotlivých plechů v drážce než zkušební tyč, z níž se odvozují materiálové konstanty a jednotlivé meze materiálů. To znamená, že tyče rotoru by se měly posuzovat z hlediska meze únavy, a nikoliv pouze z hlediska meze pevnosti. Cyklické - kmitavé namáhání značně snižuje mez pevnosti, případně mez únavy materiálu. Ke vzniku trhlin mohou vést sice malé a krátké, ale často se opakující plastické, nebo jen elastické deformace. V tomto případě postačuje jen několik zrn zasažených mikroplastickou deformací. Síření trhliny také podporuje i hluk, který v místě rotoru může dosahovat hodnot až 100 dB. Přitom nezáleží na jeho původu - elektromagnetický, případně aerodynamický. Počátek únavové trhliny je vždy na povrchu tyče. Je to dáno tím, že:The magnetic induction in the rotor tooth changes periodically with the slip frequency and the half-waves alternate with twice the frequency. This means that during each half-wave the magnetic induction in the rotor tooth definitely reaches twice the value when μ Γ = max. than if they were in the air. Due to their construction and production technology, the mechanical stress in cast cages is not evenly or linearly distributed. The crystal structure, which is very often still disturbed by dendrites or foreign inclusions, is not always ideal and the crystals can be differently oriented. When such a material is stressed, it does not transfer all the crystals evenly. It is almost always an inhomogeneous material. The bars also have a substantially rougher surface, given by the interposition of the individual sheets in the groove, than the test bar, from which the material constants and the individual material limits are derived. This means that rotor bars should be considered in terms of fatigue limit, and not only in terms of strength limit. Cyclic - oscillating stress significantly reduces the strength limit or fatigue limit of the material. Small and short, but often recurring plastic or only elastic deformations can lead to the formation of cracks. In this case, only a few grains affected by microplastic deformation are sufficient. Crack propagation also promotes noise, which can reach values of up to 100 dB at the rotor location. It does not matter its origin - electromagnetic or aerodynamic. The onset of the fatigue crack is always on the surface of the bar. This is due to the fact that:

- u odlévaného hliníku jsou povrchové vrstvy při ohybu a krutu vždy více zatíženy,- in the case of cast aluminum, the surface layers are always more stressed during bending and torsion,

- mají mnoho povrchových vad.- have many surface defects.

-3 CZ 308292 B6-3 CZ 308292 B6

Trhliny mohou vznikat také např. při chladnutí právě odlité klece, případně chladnutí klece ohřáté při rozběhu, v přechodových stavech apod. Je to dáno různým součinitelem délkové roztažnosti AI a svazku plechů rotoru. Obvykle se volí:Cracks can also occur, for example, during cooling of the cast cage, or cooling of the cage heated during start-up, in transient states, etc. This is due to the different coefficient of longitudinal expansion AI and the rotor plate bundle. Usually chosen:

- pro střídavý tah a tlak otc = 0,35 ση,- for alternating thrust and pressure o t c = 0,35 ση,

- pro míjivý tah a tlak- for transient thrust and pressure

- pro střídavý ohyb- for alternating bending

- pro míjivý ohyb- for a transient bend

Othc = 0,61 opt, otc = 0,43 opt, Oohc = 0,74 ort.Othc = 0.61 opt, otc = 0.43 op t , Oohc = 0.74 ort.

Experimentálně bylo prokázáno, že zvýšení teploty vede k dalšímu poklesu pevnosti. Např. při teplotě 500 °C klesá pevnost o 30 %. Pevnost v tahu slitiny AI 99,5, která se používá nejčastěji na lité klece má teoreticky zjištěnou pevnost 100 MPa na zkušební tyči. Za jistých okolností může tedy pevnost klesnout až na 20 až 30 MPa. K poruchám klece tedy dochází proto, že její elektromagnetické namáhání je často mnohem vyšší než mez pevnosti.It has been experimentally shown that an increase in temperature leads to a further decrease in strength. E.g. at 500 ° C the strength decreases by 30%. The tensile strength of the alloy Al 99.5, which is most often used on cast cages, has a theoretically determined strength of 100 MPa on the test rod. Thus, under certain circumstances, the strength may drop to 20 to 30 MPa. Thus, cage failures occur because its electromagnetic stress is often much higher than the yield strength.

Příčiny poruch litých hliníkových klecí asynchronních strojů nakrátko můžeme rozdělit na:The causes of failures of cast aluminum cages of asynchronous machines can be briefly divided into:

1. Poruchy, které se projeví u výrobce - nejlépe ještě před montáží do statoru, velmi obtížně se zjišťují a vznikají jednoznačně:1. Faults that occur at the manufacturer - preferably before mounting in the stator, are very difficult to detect and occur unambiguously:

- nedodržením technologie výroby rotorového svazku, případně technologie lití,- non-compliance with rotor bundle production technology or casting technology,

- nevhodným tvarem odlitku, např. ostrými přechody rozdílných průřezů apod.,- unsuitable shape of the casting, eg sharp transitions of different cross-sections, etc.,

- nevhodnými technologickými vlastnostmi použitého kovu, resp. slitiny.- unsuitable technological properties of the used metal, resp. alloys.

Problém spočívá v tom, že k vadnému odlitku není potřeba součinnosti všech uváděných příčin, ale stačí k tomu i jediná příčina. Nelze rovněž preferovat některý ze způsobů lití - vibrační, tlakové, či odstředivé. Technologická nekázeň se projeví u všech.The problem is that a defective casting does not require the cooperation of all the stated causes, but a single cause is sufficient for this. It is also not possible to prefer any of the casting methods - vibrating, pressure or centrifugal. Technological indiscipline will affect everyone.

2. Poruchy, které se projeví až po čase - v provozu. Jejich důsledkem je pak většinou odstavení stroje. Tyto poruchy jsou do značné míry „připraveny“ analogickými příčinami jako v bodě 1. Za provozu se uplatní navíc i vliv elektrodynamických sil.2. Faults that only appear after a while - in operation. Their consequence is usually the shutdown of the machine. These faults are to a large extent "prepared" by reasons analogous to those in point 1. In addition, the effect of electrodynamic forces is applied during operation.

Technologické vlastnosti slitiny A199,5Technological properties of alloy A199.5

Tato slitina A199,5 se nakupuje v RF. Typické složení nového nepřetaveného materiálu je 99,5 % AI, 0,3 % Fe, 0,1 % Si, a 0,1 % tvoří směs Cu, Mn, Ni, Ti, Zn. Tavením se poněkud zvyšuje podíl Fe. Fici teplota je v rozmezí 760 až 765 °C a teplota tuhnutí je 658 °C. Pro větší a namáhavější stroje není příliš vhodný. Mechanická pevnost za studená - 20 °C nepřevyšuje 100 MPa. Při teplotách nad 100 °C klesá až na polovinu. Modul pružnosti má hodnotu 7.104 MPa, elektrická vodivost je poměrně dobrá, asi 34 Sm1. Je ovšem závislá na obsahu nečistot, stejně jako i tepelná vodivost. Součinitel délkové tepelné roztažnosti je asi dvakrát vyšší než součinitel svazku plechů. Smrštivost je asi 1,0 až 1,1 %. Přítomnost Fe v AI má nepříznivý vliv na plasticitu a zvyšuje možnost tvorby trhlin za tepla a za studená. Vyšší podíl Si a také Cu má naopak velmi dobrý vliv na mechanickou pevnost, zejména při vyšších teplotách.This A199.5 alloy is purchased in RF. The typical composition of the new unmelted material is 99.5% Al, 0.3% Fe, 0.1% Si, and 0.1% is a mixture of Cu, Mn, Ni, Ti, Zn. Melting slightly increases the proportion of Fe. Fici temperature is in the range of 760 to 765 ° C and solidification temperature is 658 ° C. It is not very suitable for larger and more strenuous machines. Cold mechanical strength - 20 ° C does not exceed 100 MPa. At temperatures above 100 ° C it drops by up to half. The modulus of elasticity has a value of 7.10 4 MPa, the electrical conductivity is relatively good, about 34 Sm 1 . However, it depends on the impurity content as well as the thermal conductivity. The coefficient of longitudinal thermal expansion is about twice as high as the coefficient of the sheet bundle. The shrinkage is about 1.0 to 1.1%. The presence of Fe in Al has an adverse effect on plasticity and increases the possibility of hot and cold cracking. On the contrary, a higher proportion of Si and also Cu has a very good effect on the mechanical strength, especially at higher temperatures.

Viskozita roztaveného kovu je velmi nízká, ale slévatelnost AI je ovlivněna tenkými oxidovými povrchovými vrstvami, které ji významně zhoršují. K hliníku je vhodná legura křemík a nevhodná je hořčík.The viscosity of the molten metal is very low, but the castability of Al is affected by thin oxide coatings which significantly degrade it. Silicon alloy is suitable for aluminum and magnesium is unsuitable.

V případě použití siluminu, podeutektické slitiny s podílem Si 12,5 % se původně Si pokládal za nežádoucí přísadu a slitiny s vyšším obsahem Si se nepoužívaly pro značnou křehkost. Použití siluminů bylo umožněno až po zavedení tzv. „očkování“, kdy se do taveniny přidává těsně před odlitím přísada sodík, nebo směsi solí apod.In the case of the use of silumin, a sub-eutectic alloy with a Si content of 12.5% was originally considered an undesirable additive and alloys with a higher Si content were not used for considerable brittleness. The use of silumin was made possible only after the introduction of the so-called "inoculation", when the addition of sodium or a mixture of salts, etc. is added to the melt just before casting.

-4 CZ 308292 B6-4 CZ 308292 B6

Plnění formy je jen málo závislé na teplotě, ale je nepřímo úměrné povrchovému napětí roztaveného kovu. Zjemnění zrna zlepšuje mechanické vlastnosti slitiny a zvyšuje odolnost materiálu k tvorbě trhlin za tepla. Přítomnost H2 ve slitině je nežádoucí, neboť za tepla je v ní rozpustný a při tuhnutí způsobuje pórovitost.The filling of the mold is only slightly dependent on temperature, but is inversely proportional to the surface tension of the molten metal. Grain refinement improves the mechanical properties of the alloy and increases the resistance of the material to hot cracking. The presence of H2 in the alloy is undesirable because it is soluble in heat and causes porosity when solidified.

Technologické problémyTechnological problems

Výslednou kvalitu rotoru může ovlivnit:The resulting rotor quality can be affected by:

- tvar klece (existence ostrých pravoúhlých přechodů mezi tyčí a kruhy),- cage shape (existence of sharp rectangular transitions between bar and circles),

- kvalita slisování rotorového svazku,- quality of compression of the rotor bundle,

- vliv zaoblení choulostivých přechodů a možnost nerušeného smrštění odlitku při chladnutí.- the effect of rounding of delicate transitions and the possibility of undisturbed shrinkage of the casting during cooling.

Tuto poslední podmínku je možné dodržet velice obtížně, neboť tomu brání velmi nerovný povrch podél celé stěny tyčí a větší slisování rotorového svazku, než by odpovídalo smrštění hliníkového odlitku. Ke slisování svazku se používá tlaku v rozmezí 1,0 až 2,0 MPa. Výpočet lisovacího tlaku je velice obtížné. Zpravidla se jeho velikost volí na základě zkušenosti. Bude - li svazek stažený více než odpovídá smrštění AI, pak chladnoucí klec bude plechy stahovat tak dlouho, dokud jí to svazek dovolí. Až nebudou moci se plechy stahovat, pak se dostanou tyče nejdříve do stavu pružné napjatosti, pro slitinu A199,5 je tato oblast malá, a při dalším smršťování budou tyče namáhány na mezi pevnosti, případně až za ní. Dojde k porušení, příp. přetržení jedné nebo i několika tyčí. K defektu dochází v nej slabším místě - zúženém průřezu, nedolitý profil, lunkr, apod., nebo v místě náhlé změny průřezu (vrubová pevnost, poruchy krystalizačního pochodu, apod. Délkový rozdíl při chladnutí činí asi 0,75 %, v závislosti na materiálu plechů jejich izolaci a případně nečistotách. Napětí, které může v tyčích při chladnutí z teploty cca. 660 °C vzniknout dosahuje až 1000 MPa. Při délce rotoru 500 mm činí smrštění např. 3,6 mm.This last condition is very difficult to meet, as it is prevented by a very uneven surface along the entire wall of the rods and a greater compression of the rotor bundle than would correspond to the shrinkage of the aluminum casting. A pressure in the range of 1.0 to 2.0 MPa is used to compress the beam. Calculating the pressing pressure is very difficult. As a rule, its size is chosen on the basis of experience. If the bundle is shrunk more than the AI shrinkage, then the cooling cage will shrink the sheets as long as the bundle allows. When the sheets cannot be pulled down, then the bars first reach a state of elastic stress, for the A199.5 alloy this area is small, and during further shrinkage the bars will be stressed at the strength limit, or only behind it. There will be a violation, or. rupture of one or even several bars. The defect occurs at the weakest point - narrowed cross-section, indistinct profile, lunkr, etc., or at the point of sudden change of cross-section (notched strength, disturbances of the crystallization process, etc. The length difference during cooling is about 0.75%, depending on the material The stresses that can occur in the bars during cooling from a temperature of about 660 ° C reaches up to 1000 MPa, with a rotor length of 500 mm the shrinkage is eg 3.6 mm.

Provozní problémy. Při těžkém rozběhu protékají klecí velké proudy a vzniklé elektrodynamické síly způsobují velká mechanická napětí, zejména v přechodu tyče do kruhu nakrátko. K tomu přistupují napětí vzniklá v důsledku teplotního rozdílu mezi tyčí a železem. Díky skinefektu se při rozběhu celý proud soustředí do horní části tyče, kde teplota dosáhne až 500 °C. Teplota dolní hrany vdaném okamžiku nepřevyšuje 80 °C. Tento teplotní rozdíl v tyči se snaží ji ohnout. S ohledem na její uchycení v drážce je. Mechanická deformace ztížena a v tyči vznikne elastickoplastické namáhání. Únavou materiálu, často se opakujícími plastickými deformacemi, může docházet ke vzniku trhlin.Operational problems. During heavy start-up, large currents flow through the cage and the resulting electrodynamic forces cause large mechanical stresses, especially in the transition of the rod into a short circuit. This is compounded by the stresses caused by the temperature difference between the rod and the iron. Thanks to the skin effect, the entire current is concentrated in the upper part of the rod during start-up, where the temperature reaches up to 500 ° C. The temperature of the lower edge at a given moment does not exceed 80 ° C. This temperature difference in the rod tries to bend it. With regard to its attachment in the groove is. Mechanical deformation is made more difficult and elastic-plastic stress is created in the rod. Fatigue of the material, often with repetitive plastic deformations, can lead to cracks.

Nevýhodou klece nakrátko zhotovené z hliníku je, že nelze dosáhnout vyšší účinnosti a účiníku.The disadvantage of a short-circuited cage made of aluminum is that higher efficiency and power factor cannot be achieved.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny rotorovou klecí nakrátko malých asynchronních motorů, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že vlastní materiál klece nakrátko obsahuje 5 až 90 % hmota, přídavného materiálu s měrnou elektrickou vodivostí vyšší, než má hliník.The above drawbacks are largely eliminated by the rotor cage of the short asynchronous motors according to the invention. Its essence is that the actual material of the cage briefly contains 5 to 90% by weight of additional material with a specific electrical conductivity higher than that of aluminum.

Přídavný materiál je s výhodou tvořen prvky ve tvaru vybranému ze skupiny dlouhé tenké tělísko, kulička, elipsoid, mnohostěn, hyperboloid a ve výhodném provedení je vybrán ze skupiny materiálů měď, železo, bronz, mosaz.The additive material is preferably formed by elements in the shape selected from the group of long thin body, ball, ellipsoid, polyhedron, hyperboloid and in a preferred embodiment is selected from the group of materials copper, iron, bronze, brass.

Prvky z přídavného materiálu jsou s výhodou na svém vnějším povrchu opatřeny rýhami, které mohou mít různý geometrický tvar - podélné, pod úhlem 1 až 90, případně mohou mít tvar šroubovice - i vícechodé. Kuličky, dlouhá tenká tělíska, elipsoidy a hyperboloidy mohou být v axiálním směru různě situovány - natočeny, mohou být v tyči, či kleci obsaženy v různém počta apod.The elements of additional material are preferably provided on their outer surface with grooves, which can have a different geometric shape - longitudinal, at an angle of 1 to 90, or they can have a helical shape - even multiple. Balls, long thin bodies, ellipsoids and hyperboloids can be differently situated in the axial direction - turned, they can be contained in a rod or cage in various numbers, etc.

-5 CZ 308292 B6-5 CZ 308292 B6

Podstatou technického řešení, vedoucího ke zlepšení technickoekonomických parametrů asynchronních strojů s kotvou nakrátko, je obohacení vlastního materiálu klece nakrátko o jiný materiál, zpravidla s vyšší elektrickou vodivostí. Tento materiál lze s výhodou implantovat do základního materiálu - Al v podobě dlouhých tenkých tělísek, kuliček, elipsoidů apod. vhodně orientovaných v axiálním směru rotorové drážky.The essence of the technical solution, leading to the improvement of technical and economic parameters of asynchronous machines with a short-circuit armature, is the enrichment of the cage's own material for a short time with another material, usually with a higher electrical conductivity. This material can advantageously be implanted into the base material - Al in the form of long thin bodies, spheres, ellipsoids, etc. suitably oriented in the axial direction of the rotor groove.

Touto úpravou lze dosáhnout potřebné změny elektrické vodivosti rotorové klece, tím i zlepšení záběrového momentu a doby rozběhu.This modification can achieve the necessary change in the electrical conductivity of the rotor cage, thus improving the engagement torque and start-up time.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Rotorová klec nakrátko malých asynchronních motorů podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsána na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je provedení tyče nakrátko elektromotoru s implementovanými tyčemi. Na obr. 2 je provedení tyče nakrátko elektromotoru s implementovanými kuličkami. Na obr. 3 je provedení tyče nakrátko elektromotoru s implementovanými elipsoidy. Na obr. 4 je provedení tyče nakrátko elektromotoru s implementovanými hyperboloidy. A obr. 5 je provedení tyče nakrátko elektromotoru s implementovanými kombinacemi elipsoidů vzájemně spojených tyčemi. Na obr. 6 až 10 jsou znázorněna výše uvedená provedení v bokorysu.The short-circuited rotor cage of small asynchronous motors according to the invention will be described in more detail in a specific exemplary embodiment with the aid of the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows an embodiment of a short-circuited electric motor rod with implemented rods. Fig. 2 is an embodiment of a short circuit of an electric motor with implemented balls. Fig. 3 is an embodiment of a short circuit of an electric motor with implemented ellipsoids. Fig. 4 is an embodiment of a short circuit of an electric motor with implemented hyperboloids. And Fig. 5 is an embodiment of a shorted electric motor rod with implemented combinations of ellipsoids interconnected by rods. Figures 6 to 10 show the above embodiments in side view.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

U rotorové klece nakrátko malých asynchronních motorů vlastní materiál klece nakrátko obsahuje 5 až 90 % hmota, přídavného materiálu s měrnou elektrickou vodivostí zpravidla vyšší, než má hliník.In the case of short-circuited rotor cages for small asynchronous motors, the actual short-circuited cage material contains 5 to 90% by weight, an additional material with a specific electrical conductivity generally higher than that of aluminum.

Přídavný materiál je tvořen prvky ve tvaru vybranému ze skupiny dlouhé tenké tělísko, kulička, elipsoid, mnohostěn, hyperboloid a vybrán ze skupiny materiálů měď, železo, bronz, mosaz. Prvky z přídavného materiálu jsou na svém vnějším povrchu opatřeny rýhami. Rýhy mají různou geometrii - podélné, pod úhlem 1 až 90, případně mohou mít tvar šroubovice - i vícechodé. Kuličky, dlouhá tenká tělíska, elipsoidy a hyperboloidy mohou být v axiálním směru různě situovány - natočeny, mohou být v tyči, či kleci obsaženy v různém počtu apod.The additive material consists of elements in the shape selected from the group of long thin body, ball, ellipsoid, polyhedron, hyperboloid and selected from the group of materials copper, iron, bronze, brass. Elements made of additional material are provided with grooves on their outer surface. The grooves have different geometries - longitudinal, at an angle of 1 to 90, or they can have the shape of a helix - even multi-pass. Balls, long thin bodies, ellipsoids and hyperboloids can be differently situated in the axial direction - rotated, they can be contained in a rod or cage in various numbers, etc.

Jednotlivá konstrukční provedení rotorových tyčí nakrátko s implementovanými elementy z jiného materiálu jsou patrná z přiložených obr.Individual designs of short-circuited rotor rods with implemented elements of another material can be seen from the enclosed figs.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Rotorové tyče podle tohoto technického řešení naleznou uplatnění v konstrukci elektromotorů, zejména malého výkonu.Rotor rods according to this technical solution will find application in the construction of electric motors, especially low power.

Claims (5)

1. Rotorová klec malých asynchronních motorů, vyznačující se tím, že vlastní materiál klece nakrátko obsahuje 5 až 90 % hmota, přídavného materiálu s měrnou elektrickou vodivostí vyšší, než má hliník, který je vybrán ze skupiny materiálů měď, železo, bronz, mosaz a přídavný materiál je tvořen prvky ve tvaru vybraném ze skupiny dlouhé tenké tělísko, kulička, elipsoid, mnohostěn, hyperboloid.A rotor cage for small asynchronous motors, characterized in that the actual cage material briefly contains 5 to 90% by weight of an additional material with a specific electrical conductivity higher than that of aluminum, which is selected from the group of materials copper, iron, bronze, brass and the additive material consists of elements in the shape selected from the group of long thin body, ball, ellipsoid, polyhedron, hyperboloid. -6 CZ 308292 B6-6 CZ 308292 B6 2. Rotorová klec podle nároku 1, vyznačující se tím, že prvky z přídavného materiálu jsou na svém vnějším povrchu opatřeny rýhami.Rotor cage according to Claim 1, characterized in that the elements of additional material are provided with grooves on their outer surface. 3. Rotorová klec podle nároku 2, vyznačující se tím, že rýhy mají různé geometrické tvary.Rotor cage according to claim 2, characterized in that the grooves have different geometric shapes. 4. Rotorová klec podle kteréhokoli z předchozích nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že prvky z přídavného materiálu s vlastní osou souměrnosti mají svou osu natočenu vůči axiální ose rotorové klece o 1 až 90°.Rotor cage according to any one of the preceding claims 1, 2 and 3, characterized in that the elements of additional material with their own axis of symmetry have their axis rotated relative to the axial axis of the rotor cage by 1 to 90 °. ίοme 5. Rotorová klec podle kteréhokoli z předchozích nároků 1, 2, 3 a 4, vyznačující se tím, že prvky z přídavného materiálu jsou natočeny vůči axiální ose rotorové klece tak, že natočené prvky jsou ve tvaru šroubovice s úhlem stoupání 0,1 až 90°.Rotor cage according to any one of the preceding claims 1, 2, 3 and 4, characterized in that the additional material elements are rotated relative to the axial axis of the rotor cage so that the rotated elements are helical in shape with a pitch angle of 0.1 to 90 °.
CZ2015-845A 2015-12-01 2015-12-01 Rotor cage of small asynchronous motors CZ308292B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-845A CZ308292B6 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Rotor cage of small asynchronous motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2015-845A CZ308292B6 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Rotor cage of small asynchronous motors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2015845A3 CZ2015845A3 (en) 2017-09-13
CZ308292B6 true CZ308292B6 (en) 2020-04-22

Family

ID=59772273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2015-845A CZ308292B6 (en) 2015-12-01 2015-12-01 Rotor cage of small asynchronous motors

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308292B6 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB905632A (en) * 1959-10-01 1962-09-12 Papst Hermann Improved electrical induction motor having a stator radially surrounded by an external rotor
JPH11206079A (en) * 1998-01-09 1999-07-30 Shibaura Mechatronics Corp Squirrel-cage rotor of induction motor
CN1756049A (en) * 2004-09-27 2006-04-05 乐金电子(天津)电器有限公司 Rotor of squirrel cage induction motor and its manufacturing method
KR20070101539A (en) * 2006-04-11 2007-10-17 주식회사 에스 피 지 Rotor for squirrel cage induction motor and manufacturing method the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB905632A (en) * 1959-10-01 1962-09-12 Papst Hermann Improved electrical induction motor having a stator radially surrounded by an external rotor
JPH11206079A (en) * 1998-01-09 1999-07-30 Shibaura Mechatronics Corp Squirrel-cage rotor of induction motor
CN1756049A (en) * 2004-09-27 2006-04-05 乐金电子(天津)电器有限公司 Rotor of squirrel cage induction motor and its manufacturing method
KR20070101539A (en) * 2006-04-11 2007-10-17 주식회사 에스 피 지 Rotor for squirrel cage induction motor and manufacturing method the same

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2015845A3 (en) 2017-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8701270B2 (en) Methods of manufacturing induction rotors with conductor bars having high conductivity
Kolano et al. Amorphous soft magnetic materials for the stator of a novel high-speed PMBLDC motor
EP2760031B1 (en) Electric wire and coil
US9397539B2 (en) Method for fabricating a rotor for an induction motor
Miyagi et al. Estimation of iron loss in motor core with shrink fitting using FEM analysis
EP2551856A1 (en) High frequency cable and high frequency coil
EP3550044B1 (en) Copper alloy wire rod and method for producing copper alloy wire rod
EP3231070B1 (en) Permanently excited electric machine
MX2013008748A (en) High electric resistance aluminum alloy.
EP3954025A1 (en) A variable-flux memory motor and methods of controlling a variable-flux motor
JP6879968B2 (en) Copper alloy plate, electronic parts for energization, electronic parts for heat dissipation
EP2540845A1 (en) Metallic material which is solid solution of body-centered cubic (bcc) structure having controlled crystal axis<001>orientation, and process for producing same
CZ308292B6 (en) Rotor cage of small asynchronous motors
WO2014050284A1 (en) Electric rotating machine
Zhang et al. Effect of alloying elements on the microstructure and performance of Cu-6 pctAg in-situ composites
KR102533596B1 (en) Precipitation hardening type Ag-Pd-Cu-In-B alloy
JP6038447B2 (en) Aluminum alloy wire, method for producing aluminum alloy wire, and magnet coil
WO2014057864A1 (en) Voltage nonlinear resistance element
GB1576416A (en) Stabilised super-conductor
RU2345433C1 (en) Method of discontinuous tape magnetic core production
Ono et al. Development of a 1 MJ cryocooler-cooled split magnet with Ag-sheathed Bi2223 tapes for Si single-crystal growth applications
KR20210142156A (en) Copper alloy plate, energizing electronic components and heat dissipating electronic components
CN112695263A (en) Method for eliminating solidification material segregation in strong magnetostatic field
Danilevich et al. Prospective permanent magnet turbogenerator design for local power engineering
JP4844139B2 (en) Magnetic steel sheet for permanent magnet motor and permanent magnet motor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20221201