PL240076B1

PL240076B1 - Uzwojenie klatkowe wirnika silnika indukcyjnego

Info

Publication number: PL240076B1
Application number: PL437699A
Authority: PL
Inventors: Jakub Bernatt
Original assignee: Siec Badawcza Lukasiewicz Instytut Napedow I Masz Elektrycznych Komel
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-02-14
Also published as: PL437699A1

Abstract

Uzwojenie klatkowe wirnika silnika indukcyjnego głębokożłobkowego ma na końcach prętów (1) wycięcia na całym obwodzie o długość osiowej l = l1 + l2, gdzie l1 oznacza długość wycięcia na odcinku obejmującym końcówkę pakietu (3), a l2 fragment wycięcia poza pakietem (3). Długość wycięcia l1 ≥ lp, gdzie lp oznacza odległość pierścienia (2) od pakietu (3), a długość l2 poza pakietem wynosi 3 ÷ 6 mm. Korzystnie wycięta jest zewnętrzna warstwa (1.1) boku każdego pręta (1) o głębokości Δ = 2 ÷ 4 mm bądź wycięta jest warstwa od strony dna żłobka każdego boku pręta (1) o głębokości Δ = 2 ÷ 4 mm lub też wycięte są warstwa zewnętrzna (1.1) i warstwa od strony dna żłobka każdego boku pręta (1) o głębokości 0,5Δ = 1 ÷ 2 mm. Innym wariantem uelastycznienia końców prętów (1) jest n obwodowych wycięć warstw wewnętrznych na każdej końcówce pręta (1) o grubości jednej szczeliny δ, gdzie n jest liczbą naturalną, a sumaryczna szczelina wycięć wynosi nδ = 2 ÷ 4 mm.

Description

PL 240 076 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uzwojenie klatkowe głębokożłobkowe wirnika silnika indukcyjnego, zwłaszcza silnika średniej i dużej mocy, wykonana techniką prętowania.

Standardowym rozwiązaniem uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego większej mocy jest uzwojenie klatkowe wykonane z prętów miedzianych, najczęściej o przekroju prostokątnym, trapezowym, lub do nich zbliżonym. Pręty na czołach są połączone pierścieniami zwierającymi metodą lutowania, spawania lub zgrzewania. Wysokie smukłe pręty klatki wirnika umieszczone w głębokich żłobkach charakteryzują się, w czasie rozruchu, zmienną wartością rezystancji spowodowaną wypieraniem prądu do warstwy zewnętrznej prętów. Zjawisko to wykorzystuje się do kształtowania charakterystyki momentu rozruchowego silników w funkcji prędkości obrotowej. Pręty w żłobkach są osadzone ciasno ze względu na konieczność przeciwdziałania pulsującym żłobkowym siłom elektrodynamicznym, które działają na pręty wzdłuż całej długości pakietu. Końcówki prętów w kierunku promieniowym mają dużą sztywność. Prąd rozruchowy nagrzewa pierścienie zwierające i pręty, a szczególnie warstwy górne prętów. Rozszerzalność cieplna w czasie rozruchu powiększa średnicę pierścieni, a końce prętów wygina w kierunku osi. Sztywno połączone końcówki prętów z pierścieniami uniemożliwia ich odkształcanie, co powoduje, że poza pakietowa część prętów, na odcinku od krawędzi pakietu blach do pierścieni zwierających, poddawana jest dużym naprężeniom zginającym i naprężeniom ścinającym. Maksimum tych naprężeń znajduje się w miejscu wychodzenia pręta z pakietu blach.

Znane są różne metody i sposoby zmniejszania naprężeń w prętach klatki pochodzących od rozszerzalności cieplnej prętów i pierścieni zwierających. Realizuje się je zwykle poprzez zwiększanie długości prętów na odcinku między pakietem blach, a pierścieniem zwierającym. Uzwojenie klatkowe wirnika wykonane tym sposobem wymaga dodatkowych zabezpieczeń od sił odśrodkowych działających na wydłużoną poza pakietową część prętów poprzez bandażowanie lub zakładanie kapy ze stali nierdzewnej. Znane jest także odpowiednie wyginanie końcówek prętów na części poza pakietem, utrudnia to wkładanie prętów do żłobków, co komplikuje wykonawstwo uzwojenia.

Celem wynalazku jest rozwiązanie uzwojenia klatkowego wirnika o zmniejszonych naprężeniach w końcówkach prętów w czasie rozruchu silnika, a pochodzące od rozszerzalności cieplnej prętów i pierścieni zwierających, zwiększy to trwałość i niezawodność eksploatacyjną silnika bez wydłużania końcówek prętów.

Według wynalazku uzwojenie klatkowe wirnika silnika indukcyjnego głębokożłobkowego ma na końcach prętów promieniowe wycięcia na całym obwodzie o długość osiowej l = li + /2, gdzie li oznacza długość wycięcia na odcinku obejmującym końcówkę pakietu, a /2 fragment wycięcia poza pakietem. Długość wycięcia li > lp, gdzie lp oznacza odległość pierścienia od pakietu, a długość /2 poza pakietem wynosi 3 ^ 6 mm. Korzystnie wycięta jest zewnętrzna warstwa boku każdego pręta o głębokości Δ = 2 ^ 4 mm bądź wycięta jest warstwa od strony dna żłobka każdego boku pręta o głębokości Δ = 2 ^ 4 mm lub też wycięte są warstwa zewnętrzna i warstwa od strony dna żłobka każdego boku pręta o głębokości 0,5Δ = 1 ^ 2 mm. Innym wariantem uelastycznienia końców prętów jest n obwodowych wycięć warstw wewnętrznych na każdej końcówce pręta o grubości jednej szczeliny δ, gdzie n jest liczbą naturalną, a sumaryczna szczelina wycięć wynosi ηδ = 2 + 4 mm.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na przykładzie rozwiązania i zilustrowany rysunkami na których przedstawiono: fig. 1 fragment wirnika z uzwojeniem klatkowym i wyciętą zewnętrzną warstwą na końcówce pręta, fig. 2 fragment wirnika z uzwojeniem klatkowym i wyciętą warstwą na końcówce pręta od strony dna żłobka, fig. 3 fragment wirnika z uzwojeniem klatkowym i wyciętymi na końcówce pręta warstwami zewnętrzną i od strony dna żłobka, fig. 4 fragment wirnika z uzwojeniem klatkowym i wycięciami wewnętrznymi na końcówce pręta.

Rysunki fig. 1 do fig. 4 przedstawiają przekroje podłużne końca pakietu 3 i połączenia prętów 1 z pierścieniem zwierającym 2 uzwojenia wirnika klatkowego głębokożłobkowego. Pręty 1 tworzą klatkę wirnika i wsunięte są ciasno w żłobki pakietu blach 3. Końce prętów 1 połączone są z pierścieniami zwierającymi 2 poprzez zgrzewanie, spawanie lub lutowanie. Pierścienie 2 leżą na ramionach podzwojników 4 i nie mają możliwości odkształcać się w kierunku osi wału 5 wirnika. Końcówki prętów 1 mają wycięcia na całym obwodzie o długość osiowej l = li > l2, gdzie li oznacza długość wycięcia na odcinku obejmującym końcówkę pakietu 3, a l2 fragment wycięcia poza pakietem 3. Długość wycięcia li > lp, gdzie lp oznacza odległość pierścienia 2 od pakietu 3. Długość l2 poza pakietem wynosi 3 ^ 6 mm. Korzystnie wycięta jest zewnętrzna warstwa 1.1 boku każdego pręta 1 o głębokości Δ = 2 ^ 4 mm bądź wycięta jest warstwa 1.2 od strony dna żłobka każdego boku pręta 1 o głębokości Δ = 2 ^ 4 mm lub też

Claims

PL 240 076 B1 wycięte są warstwa zewnętrzna 1.1 i warstwa 1.2 od strony dna żłobka każdego boku pręta 1 o głębokości 0,5Δ = 1 ^ 2 mm. Innym wariantem uelastycznienia końców prętów 1 jest n obwodowych wycięć warstw wewnętrznych 1.3 na każdej końcówce pręta 1 o grubości jednej szczeliny δ, gdzie n jest liczbą naturalną. Sumaryczna szczelina wycięć wewnętrznych wynosi ηδ = 2 ^ 4. mm. Głębokość wycięć zależy od wysokości prętów 1 i wynosi Δ = 2 ^ 4 mm. Wysokość prętów i ich przekrój zależy od gabarytu silnika, a gabaryt zależy od mocy znamionowej i liczby par biegunów silnika.

Na rysunku fig. 1 pokazano płaskie, podłużne wycięcia 1.1 na zewnętrznych bokach prętów 1. Wycięcia 1.2 są wykonane na bokach prętów 1 od strony dna żłobków, pokazano je na rysunku fig. 2. Na rysunku fig. 3 pokazano dwa symetryczne wycięcia na bokach zewnętrznych 1.1 i wycięcia 1.2 na bokach od strony dna żłobka, przy czym sumaryczna głębokość wycięć wynosi Δ = 2 ^ 4 mm. Wycięcia nie mogą zmniejszyć przekroju prętów więcej niż 5%.

Wycięcia 1.1 uelastyczniają końcówki prętów, obniżają wskaźnik wytrzymałości prętów 1 na zginanie, oddalają miejsca mocowania prętów 1 w pakiecie 3 od jego krawędzi i przesuwają mocowanie prętów 1 w kierunku środka pakietu 3. Tym samym zwiększony zostaje odstęp pierścienia zwierającego 2 od miejsca usztywnienia prętów 1 w żłobkach. W rezultacie zmniejszony zostaje działający na pręt 1 moment zginający wywołany rozszerzalnością cieplną pierścienia zwierającego 2.

Uelastycznienia końcówek prętów można uzyskać także poprzez wycięcia wewnętrzne 1.3, jak na rysunku fig. 4. Wycięcie n obwodowych warstw wewnętrznych 1.3 o grubości jednej szczeliny δ daje sumaryczną szczelinę wycięć ηδ, gdzie n jest liczbą naturalną. Na rysunku fig. 4 są trzy wycięcia n = 3. Podobnie jak przy wycięciach powierzchniowych i w tym rozwiązaniu nδ = 2 ^ 4 mm.

Założony cel rozwiązania zrealizowano poprzez dokonanie wycięcia 1.1 i 1.2 oraz wycięcia 1.3. Wycięcia zmniejszają naprężenia w pręcie w czasie rozruchu silnika wywołane rozszerzaniem cieplnym górnej warstwy prętów 1 i powiększaniem średnicy pierścieni zwierających 2. Trwałość eksploatacyjna uzwojenia wirnika w przedstawionych wariantach rozwiązania jest większa, od trwałości rozwiązań stosowanych.

Zastrzeżenia patentowe

1. Uzwojenie klatkowe wirnika silnika indukcyjnego, znamienne tym, że końce prętów (1) mają promieniowe wycięcia na całym obwodzie o długość osiowej wycięć l = li + /2, gdzie li oznacza długość wycięcia na odcinku obejmującym końcówkę pakietu (3), a /2 fragment wycięcia poza pakietem (3), przy czym długość wycięcia li > lp, gdzie lp oznacza odległość pierścienia (2) od pakietu (3), a długość l2 poza pakietem wynosi 3 ^ 6 mm.
2. Uzwojenie według zastrz. 1, znamienne tym, że korzystnie wycięta jest zewnętrzna warstwa (1.1) boku każdego pręta (1) na głębokości Δ = 2 ^ 4 mm,
3. Uzwojenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wycięta jest warstwa (1.2) od strony dna żłobka każdego boku pręta (1) na głębokość Δ = 2 ^ 4 mm.
4. Uzwojenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wycięte są warstwa zewnętrzna (1.1) i warstwa (1.2) od strony dna żłobka każdego boku pręta (1) na głębokość 0,5Δ = 1 ^ 2 mm.
5. Uzwojenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wyciętych jest n obwodowych warstw wewnętrznych (1.3) każdego boku pręta (1) o grubości jednej szczeliny δ, gdzie n jest liczbą naturalną, przy czym sumaryczna szczelina wycięć wynosi nδ = 2 ^ 4 mm.