PL232572B1

PL232572B1 - Squirrel-cage of the deep-groove induction motor rotor

Info

Publication number: PL232572B1
Application number: PL426020A
Authority: PL
Inventors: Jakub Bernatt; Maciej Bernatt
Original assignee: Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-06-28
Also published as: PL426020A1

Abstract

Klatka głębokożłobkowego wirnika silnika indukcyjnego posiada pod końcówkami swoich prętów (1) podłożone sprężyste podkładki (5) i (6) wchodzące w całą długość wycięcia w pierścieniach zwierających (2), przewidzianego dla włożenia w nie prętów (1). Podkładki sprężyste (5) i (6) są przylutowane do pierścieni (2).The cage of the deep-groove rotor of the induction motor has under the ends of its bars (1) spring washers (5) and (6) inserted into the entire length of the cutout in the short-circuiting rings (2), provided for inserting the bars (1). Spring washers (5) and (6) are soldered to the rings (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest klatka głębokożłobkowego wirnika silnika indukcyjnego, zwłaszcza mocy średniej i dużej, wykonana techniką prętowania.The subject of the invention is a cage of a deep-groove rotor of an induction motor, especially of medium and high power, made by the rod-forming technique.

Standardowe rozwiązanie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego większej mocy ma uzwojenie wykonane z prętów miedzianych połączonych na czołach pierścieniami zwierającymi metodą lutowania lub spawania. Podczas rozruchu silnika w prętach klatki wirnika przepływa prąd o wielkim natężeniu. W wyniku współdziałania płynącego w prętach prądu oraz sprzęgniętego z nim magnetycznego strumienia rozproszenia żłobkowego powstaje siła elektrodynamiczna działająca na pręty klatki na całej długości pakietu blach wirnika. Jest to siła pulsująca, o częstotliwości podwojonej w stosunku do częstotliwości prądu wirnika. Siła ta skierowana jest do dna żłobków i wywołuje w prętach (sztywno zamocowanych do pierścieni zwierających) pulsujące naprężenia zginające, niebezpieczne dla trwałości konstrukcji klatki.The standard design of the higher-power squirrel-cage induction motor has a winding made of copper rods connected at the ends with shorting rings by soldering or welding. A high current flows in the bars of the rotor cage when the engine is started. As a result of the interaction of the current flowing in the bars and the magnetic flux of the groove scattering coupled with it, an electrodynamic force is created acting on the bars of the cage along the entire length of the rotor sheet package. It is a pulsating force with twice the frequency of the rotor current. This force is directed to the bottom of the grooves and causes pulsating bending stresses in the bars (rigidly attached to the shorting rings), which are dangerous for the durability of the cage structure.

W wirnikach głębokożłobkowych, posiadających wysokie, smukłe pręty klatki, żłobkowe siły elektrodynamiczne osiągają znaczne wartości. Naprężenia zginające od tych sił rozłożone są na całej długości prętów klatki, natomiast ich maksimum znajduje się w miejscu połączenia prętów z pierścieniami.In deep-groove rotors, with tall, slender cage bars, the groove electrodynamic forces reach considerable values. Bending stresses due to these forces are distributed over the entire length of the cage bars, while their maximum is at the point where the bars connect with the rings.

Innym źródłem szybkozmiennych naprężeń w klatce są również obwodowe drgania poza pakietowej części klatki, pochodzące od pulsacji i udarów momentu obrotowego silnika, występujące bezpośrednio po załączeniu silnika do sieci, kiedy w jego prądzie płynie jeszcze składowa aperiodyczna.Another source of fast-changing stresses in the cage are also peripheral vibrations outside the packet part of the cage, resulting from pulsations and shocks of the engine torque, occurring immediately after connecting the engine to the mains, when the aperiodic component is still flowing in its current.

Na połączeniu prętów z pierścieniami zwierającymi występuje skokowa zmiana obciążanego przekroju; przekrój pierścienia zwierającego jest znacząco większy od przekroju pręta. Taka zmiana obciążanego przekroju pociąga za sobą wystąpienie zjawiska spiętrzania naprężeń (działanie karbu), niebezpiecznego dla trwałości konstrukcji. Właśnie na połączeniach prętów z pierścieniami zwierającymi w trakcie eksploatacji najczęściej występują pęknięcia i przełamania prętów klatki, prowadzące w konsekwencji do awarii silnika. Zdarza się to zwłaszcza w silnikach poddawanych dużej ilości rozruchów.At the connection of the bars with the shorting rings, a jump occurs in the section under load; the cross-section of the shorting ring is significantly greater than that of the rod. Such a change of the loaded cross-section causes the phenomenon of stress concentration (notch action), which is dangerous for the durability of the structure. It is at the joints of the bars with the shorting rings that, during operation, the most common cracks and fractures of the cage bars, consequently, lead to engine failure. This happens especially in engines subjected to a large number of starts.

Jednym ze znanych sposobów zabezpieczania uzwojenia klatkowego od niszczącego działania występujących podczas rozruchu naprężeń jest ograniczenie, lub nawet całkowita likwidacja promieniowych luzów prętów w żłobkach pakietu blach. Warianty takich rozwiązań są przedstawione w opisach PL-208648, GB-1,044,574, JP-53008708. Mankamentem tych rozwiązań jest fakt, iż ich skuteczność zmniejsza się w trakcie eksploatacji silnika. Pręty w żłobku pod wpływem występującego podczas każdego rozruchu iskrzenia między prętami a ściankami żłobków zwiększają swój luz i pobudzane siłami elektrodynamicznymi zaczynają drgać.One of the known methods of protecting the cage winding from destructive stresses occurring during start-up is to limit or even completely eliminate the radial clearances of the bars in the slots of the sheet metal package. Variants of such solutions are presented in the descriptions PL-208648, GB-1,044,574, JP-53008708. The drawback of these solutions is the fact that their effectiveness decreases during the engine operation. The bars in the slot, under the influence of the sparking between the bars and the slot walls during each start-up, increase their play and, excited by electrodynamic forces, begin to vibrate.

Innym sposobem zmniejszenia naprężeń występujących w miejscu połączenia prętów z pierścieniami może być zmniejszenie sztywności tego połączenia. Realizuje się to albo poprzez promieniowe nacinanie pierścieni na określonej wysokości między sąsiednimi prętami, albo poprzez odpowiednie wyprofilowanie bocznej ściany pierścieni, jak opisano w opisie PL-155295. Jednak miejsce nacięć pierścieni może być ogniskiem dla powstawania pęknięć i przełomów natury zmęczeniowej, natomiast profilowanie (metodą obróbki skrawaniem) bocznej powierzchni pierścieni jest zabiegiem pracochłonnym i pociągającym za sobą wielkie odpady materiału.Another way to reduce the stresses at the point where the bars connect to the rings may be to reduce the stiffness of this connection. This is done either by radially cutting the rings at a predetermined height between adjacent bars, or by appropriately profiling the side wall of the rings as described in PL-155295. However, the place of the cuts in the rings may be the focus for the formation of fatigue cracks and fractures, while the profiling (by machining) of the side surface of the rings is a labor-intensive procedure and entails large waste of material.

Rozwiązanie dla łagodzenia następstw skokowej zmiany przekroju obciążanego materiału występującej w miejscu połączenia prętów z pierścieniami opisane jest w opisie PL-222591. Jest ono jednak technologicznie uciążliwe, zaś osiągany efekt złagodzenia skokowej zmiany przekroju - niewielki. Jeszcze inny sposób złagodzenia skokowej zmiany przekroju na przejściu pręt-pierścień pokazano w opisie zgłoszenia PL-424962. Jednak również tutaj efekt złagodzenia skokowej zmiany obciążanego przekroju nie jest duży.The solution for mitigating the consequences of the abrupt change in the cross-section of the loaded material occurring at the point where the bars connect with the rings is described in the description PL-222591. However, it is technologically onerous, and the achieved effect of mitigating the abrupt change in cross-section is small. Yet another method of mitigating the step change in the cross-section at the rod-ring transition is shown in the application PL-424962. However, here, too, the mitigating effect of the abrupt change in the loaded cross-section is not large.

Klatka głębokożłobkowego wirnika silnika indukcyjnego klatkowego według wynalazku charakteryzuje się tym, że pod obydwu końcami każdego z prętów jego klatki podłożone są dodatkowe podkładki: jedna, lub korzystniej dwie, o różnych grubościach. Podkładki są wykonane z materiału sprężystego, korzystnie z mosiądzu, o szerokości identycznej z szerokością prętów. Podkładki te są przylutowane do pierścieni zwierających i tworzą z nimi mechaniczną całość. Przejmują one na siebie znaczną część momentu zginającego działającego w miejscu połączenia prętów z pierścieniami, przede wszystkim zaś redukują niekorzystne efekty skokowej zmiany obciążanego przekroju.The cage of the deep groove rotor of the squirrel cage induction motor according to the invention is characterized in that at both ends of each of the bars of its cage additional washers are provided: one, or more preferably two, of different thicknesses. The washers are made of a resilient material, preferably brass, with a width identical to that of the bars. These washers are soldered to the shorting rings and form a mechanical whole with them. They absorb a large part of the bending moment acting at the point of connection of the bars with the rings, and above all they reduce the unfavorable effects of a step change in the loaded cross-section.

Przykład rozwiązania klatki wirnika silnika indukcyjnego głębokożłobkowego pokazany jest na rysunku, na którym przedstawiono pozapakietowy fragment wirnika klatkowego.An example of a rotor cage of a deep-groove induction motor is shown in the figure, which shows an out-of-the-box fragment of a squirrel cage rotor.

Pręty 1 tworzące klatkę wirnika, wsunięte w żłobki pakietu blach, na zewnątrz pakietu 4 połączone są pierścieniem zwierającym 2, opartym na ramionach podzwojnika 3. Pod prętami, na ich końPL 232 572 Β1 cowej części, podłożone są podkładki 5 oraz 6 o różnych grubościach. Podkładka 5 leżąca bezpośrednio pod prętem 1 posiada grubość mniejszą, podkładka 6 leżąca poniżej posiada grubość większą. Podkładka 5 swą długością sięga okolicy połowy odstępu między ścianą pakietu blach 4 a boczną ścianą pierścienia zwierającego 2. Podkładka 6 posiada długość mniejszą. Obydwie podkładki są osadzone na całej grubości pierścienia zwierającego 2 i obydwie są do niego przylutowane.The bars 1 forming the rotor cage, inserted into the slots of the sheet metal package, are connected outside the package 4 with a shorting ring 2, supported on the legs of the sub-double-fold 3. Under the bars, on their end part PL 232 572 × 1, washers 5 and 6 of different thicknesses are placed. The washer 5 lying directly under the rod 1 has a smaller thickness, the washer 6 lying below it has a greater thickness. The length of the washer 5 is approximately halfway between the wall of the sheet metal package 4 and the side wall of the clamping ring 2. The washer 6 has a shorter length. Both washers are mounted on the entire thickness of the shorting ring 2 and both are soldered to it.

Claims

Patent claims

1. The rotor of the squirrel cage motor made by bar-mounting, characterized in that under the ends of the rods (1) at the shorting rings (2) there are metal elastic washers (5) and (6) soldered to the shorting rings (2).

2. A rotor as claimed in claim A method as claimed in claim 1, characterized in that the washers (5) and (6) are mounted preferably over the entire thickness of the closing rings (2).

3. A rotor as claimed in claim The method as claimed in claim 1 and 2, characterized in that the washers (5) and (6) are made of a resilient material, preferably brass, with a width identical to that of the bars (1).