PL218941B1 - Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego przystosowanego do częstych rozruchów.

W napędach urządzeń przemysłowych, których czas rozruchu jest krótki (poniżej 10 s), ale które wymagają odbywania w trakcie eksploatacji wielkich ilości rozruchów, stosowane są zwykle silniki indukcyjne z wirnikiem dwuklatkowym, posiadającym oddzielną klatkę rozruchową i oddzielną klatkę pracy. Silnik indukcyjny dwuklatkowy odznacza się wysokim współczynnikiem dobroci rozruchu, wyrażanym jako stosunek początkowego momentu rozruchowego do prądu rozruchowego silnika. W trakcie rozruchu silnika dwuklatkowego klatka zewnętrzna (rozruchowa) wirnika jest najbardziej obciążonym i najbardziej narażonym na uszkodzenia elementem silnika, co wynika z rozkładu prądu w obydwu jego klatkach. Klatka rozruchowa wykonywana jest zazwyczaj z prętów o przekroju kołowym. W trakcie rozruchu na pręty klatki rozruchowej działa duża siła elektrodynamiczna będąca efektem współdziałania płynącego w prętach klatki prądu rozruchowego oraz strumienia magnetycznego rozproszenia żłobkowego wirnika. Jest to siła szybko zmienna, pulsująca, o częstotliwości podwojonej w stosunku do częstotliwości płynącego w wirniku prądu. Siła ta, której wektor jest skierowany promieniowo do dna żłobka, wywołuje wibracje prętów klatki rozruchowej, które stanowią zagrożenie dla trwałości klatki i które są najczęstszą przyczyną awarii, a także zużycia wirnika dwuklatkowego. Awaria polega zwykle na pęknięciu prętów w miejscu ich połączenia z pierścieniem zwierającym, a zużycie następuje w wyniku elektroiskrowej erozji między prętami a ściankami żłobków, oraz mechanicznych uderzeń prętów w tę ściankę, która jest chropowata, ponieważ tworzona jest przez pakiet blach i nie może być gładka. Dla ograniczenia szkodliwych efektów wibracji prętów rozruchowych w wirnikach dwuklatkowych w dotychczasowym wykonaniu stosuje się zazwyczaj ograniczania luzu między prętami, a ściankami żłobków. Luzu tego nie można jednak likwidować całkowicie, ponieważ znacznie utrudniłoby to proces wykonywania wirników, ponadto pewien luz jest konieczny dla zapewnienia swobodnego cieplnego wydłużania się prętów klatki podczas rozruchu. W prętach o przekroju okrągłym nie można stosować znanych rozwiązań ograniczania szkodliwych promieniowych luzów w żłobku, jakie stosuje się dla prętów o przekroju prostokątnym lub do niego zbliżonym (opis patentowy PL 165445, opis zgłoszenia patentowego JP 53008708 i inne).

Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego przewidzianego do częstych rozruchów wykonana z prętów okrągłych (miedzianych, mosiężnych bądź z brązu), według wynalazku charakteryzuje się tym, że pręty osadzone są w krótkich tulejkach metalowych, korzystnie w trzech, rozłożonych na długości pakietu wirnika. Wymiary zewnętrzne tulejek są dopasowane do wymiarów żłobka bez luzu, a wymiary wewnętrzne tulejek i wymiary zewnętrzne prętów są takie same lecz różnią się tolerancjami. Tolerancja wymiarów wewnętrznych tulejek jest dodatnia, a tolerancja wymiarów zewnętrznych prętów jest ujemna. Tulejka umieszczona w środku pakietu balach wirnika jest połączona z prętem trwale poprzez lutowanie, zgrzanie, spawanie, nitowanie lub klejenie.

Przykład rozwiązania klatki rozruchowej silnika dwuklatkowego według wynalazku przedstawiono na rysunkach Fig. 1, Fig. 2 oraz Fig. 3.

Rysunek Fig. 1 ukazuje przykładowy kształt żłobka blachy wirnika silnika dwuklatkowego posiadającej okrągłe wycięcia 7 dla prętów 1 klatki rozruchowej i wycięcia prostokątne 8 dla prętów 2 klatki pracy.

Rysunek Fig. 2 ukazuje przekrój poprzeczny żłobka wirnika dwuklatkowego z prętami 2 klatki pracy oraz prętami 1 klatki rozruchowej osadzonymi w tulejkach 3. Pręty 1 klatki rozruchowej standardowo są okrągłe, lecz mogą mieć także inny kształt i mogą być wykonane z miedzi, brązu bądź mosiądzu.

Rysunek Fig. 3 przedstawia przekrój podłużny wirnika, wzdłuż osi wału 5. Na tym rysunku przedstawiono najkorzystniejsze rozłożenie tulejek 3 na długości pakietu blach wirnika 4: jedna z tulejek 3 znajduje się na środku długości pakietu 4 wirnika, a dwie pozostałe tulejki 3 na brzegach pakietu 4. Tulejka 3, umieszczona w środku pakietu 4, pełni funkcję podpory pręta 1, gdyż w tym miejscu występuje strzałka ugięcia prętów od działania żłobkowej siły elektrodynamicznej. Tulejka 3 umieszczona w środku pakietu 4 balach wirnika jest połączona z prętem 1 trwale poprzez lutowanie, zgrzanie, spawanie, nitowanie lub klejenie. Połączenie to jest wykonane przed włożeniem pręta 1 w żłobek, co nie utrudnia wykonania uzwojenia wirnika.

Na rysunku Fig. 2, każdy pręt 1 klatki rozruchowej jest osadzony w trzech tulejkach 3; liczba tulejek 3 może być też inna. Tulejki skrajne 3 mogą być osadzane w żłobkach już po włożeniu do nich prętów 1. Wymiary zewnętrzne tulejek 3 są dopasowane do wymiarów żłobka bez luzu, a nominalne wymiary wewnętrzne tulejek 3 i nominalne wymiary zewnętrzne prętów 1 są takie same, lecz różnią się tolerancjami. Tolerancja wewnętrznych wymiarów tulejek 3 jest dodatnia, a tolerancja zewnętrznych

PL 218 941 B1 wymiarów prętów 1 jest ujemna. W ten sposób między prętami 1, a tulejkami 3 występuje minimalny luz pozwalający na termiczną dylatację prętów 1, ale uniemożliwiający ich drgania promieniowe.

Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego, wykonana według wynalazku w sposób znaczący ogranicza, występujące podczas rozruchu silnika, a szkodliwe dla jej trwałości, iskrzenie między prętami 1, a pakietem 4 blach, gdyż pręty 1 rozruchowe nie mają bezpośredniego styku ze ściankami żłobka. Tulejki 3 także znacznie ograniczają ugięcia i wibracje prętów 1 generowane przez siły elektrodynamiczne. Naprężenia mechaniczne na styku prętów 1 i pierścieni zwierających 6, wywoływane przez wymienione wibracje i ugięcia, mogą być dzięki temu sprowadzone znacznie poniżej granicy dopuszczalnych naprężeń zmęczeniowych danego materiału klatki.

Claims (3)

1. Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego przewidzianego do częstych rozruchów, wykonana z prętów miedzianych, mosiężnych, bądź z brązu, znamienna tym, że pręty (1) klatki rozruchowej osadzone są w krótkich tulejkach (3) metalowych, korzystnie w trzech, rozłożonych na długości pakietu (4) wirnika.

2. Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego według zastrz. 1, znamienna tym, że wymiary zewnętrzne tulejek (3) są dopasowane do wymiarów żłobka bez luzu, a wymiary wewnętrzne tulejek (3) i wymiary zewnętrzne prętów (1) są takie same lecz różnią się tolerancjami, tolerancja wymiarów wewnętrznych tulejek (3) jest dodatnia, a tolerancja wymiarów zewnętrznych prętów (1) jest ujemna.

3. Klatka rozruchowa silnika indukcyjnego dwuklatkowego według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że tulejka (3) umieszczona w środku pakietu (4) balach wirnika jest połączona z prętem (1) trwale poprzez lutowanie, zgrzanie, spawanie, nitowanie lub klejenie.