RO109794B1 - Motor electric asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la un motor electric asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit și fază auxiliară rezistivă, de pornire, destinat acționării compresoarelor cu piston. Pentru obținerea unui moment de inerție, majorat, al maselor în mișcare, motorul este conceput în construcție inversată (statorul, la interior și rotorul, la exterior). Realizarea fazei auxiliare, dintr-un material conductor, cu rezistivitatea mărită, cu axa magnetică înclinată față de axa magnetică a fazei principale, cu un unghi diferit de 90°, conduce la obținerea unui cuplu de pornire, majorat. Geometria transversală a tolei stator este astfel concepută, încât să se obțină un decalaj temporal mărit între curenții celor două faze. Construcția inversată permite scurtarea substanțială a capetelor de bobine, reducerea consumurilor de materiale active, a pierderilor și corespunzător creșterii eficienței agregatelor cu piston.

Description

Invenția se referă la un motor asincron cu rotor în scurtcircuit și cu fază auxiliară rezistivă de pornire, pentru acționarea compresoarelor cu piston, cum sunt și cele din agregatele frigorifice.

Este cunoscut motorul asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit și cu fază auxiliară rezistivă de pornire în construcție normală, stator exterior și rotor interior, ambele încorporate compresoarelor cu piston, cum sunt și cele din agregatele frigorifice. Faza auxiliară este alimentată numai în timpul pornirii motorului și are axa magnetică perpendiculară pe axa magnetică a fazei principale, ambele fiind bobinate cu conductor din cupru. In vederea măririi rezistenței și reducerii reactanței fazei auxiliare, aceasta este realizată din conductor mai subțire decât al fazei principale, utilizându-se și procedeul de schimbare a sensului de înfășurare a conductorului în bobină, adică după bobinarea unui anumit număr de spire într-un sens, se bobinează aceeași bobină, un alt număr de spire mai mic, în sens invers.

Dezavantajele acestui motor electric asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit și fază auxiliară rezistivă de pornire, pentru acționarea compresoarelor cu piston, cum sunt și cele de la agregatele frigorifice sunt:

- viteza unghiulară variabilă pe perioada unei rotații datorită caracterului cuplului rezistent dat de compresorul cu piston și al momentului de inerție relativ mic al componentelor compresorului aflate în mișcare de rotație, ceea ce conduce la un consum suplimentar de energie, respectiv cu randament scăzut;

- cuplu de pornire relativ mic datorită faptului că defazajul în timp dintre curenții celor două faze este mult diferit de 90°;

- consum mare de cupru de bobinaj, pe de o parte datorită soluției de bobinare a fazei auxiliare, iar pe de altă parte datorită însuși tipului de construcție normală cu statorul la exterior, care necesită la motoarele cu doi poli lungimi mari ale capetelor de bobină;

- pierderi în pachetul de fier statoric relativ mari datorită pe de o parte lungimii mari a jugului magnetic stator și pe de-altă parte datorită solicitării magnetice neuniforme a dinților stator, ca rezultat al caracterului pulsatoriu al câmpului magnetic la motoarele monofazate;

- rotorul în scurtcircuit, sub formă de colivie turnată în construcție normală, prezintă o eficiență redusă din punct de vedere al conversiei puterii electromagnetice în putere mecanică;

- centrarea dificilă a statorului față de rotorul motorului electric de acționare pe compresorul din agregatul frigorific, ceea ce conduce și la limitare tehnologică inferioară a intrefierului, cu efecte nefavorabile directe în performanțele sistemului.

Invenția rezolvă problema realizării unui motor asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit și cu fază auxiliară rezistivă de pornire, utilizat la acționarea compresoarelor, cum sunt și cele din agregatele frigorifice, cu randament ridicat, cuplu de pornire majorat, cu viteză unghiulară relativ constantă la o rotație a rotorului și cu consum specific redus de materiale active.

Motorul electric asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate mai sus prin aceea că este realizat dintr-un stator interior; format dintr-un pachet de tole cu crestături ștanțate pe circumferința exterioară, astfel încât să permită așezarea unui bobinaj pentru alimentarea monofazată format, dintr-o fază principală și o fază auxiliară rezistivă de pornire; statorul este fixat direct pe corpul lagărului compresorului printr-un ajustaj corespunzător, asigurat printr-o pană îndoită cu nas, împotriva rotirii sau ieșirii de pe corpul lagărului, astfel ca să permită montarea unui rotor exterior statorului, într-o construcție inversată, cu un moment de inerție majorat, cu centrarea și fixarea lui prin presare, direct pe arborele compresorului. Axa magnetică a fazei auxiliare de pornire este decalată spațial față de axa magnetică a fazei principale cu un unghi diferit de 90°. Conductorul de bobinaj pentru faza auxiliară rezistivă de pornire poate fi și dintr-un alt material decât cupru, cu o rezistivitate electrică mai mare, de exemplu din fier, protejat mai întâi din punct de vedere anticoroziv, apoi izolat prin emailare sau printr-un alt procedeu, în care caz în crestă109794 turile statorului în care există laturi de bobină din ambele faze, latura fazei principale este situată la fundul crestăturii, iar latura fazei auxiliare este situată la partea superioară a crestăturii. în vederea obținerii unei repartiții lineare sinusoidale a inducției magnetice din întrefier cu o încărcare a dinților statorici cât mai uniformă, crestăturile statorice sunt astfel repartizate încât să se obțină lățimi de dinți inegale pentru o utilizare eficientă a materialului magnetic, fiecare crestătură fiind dimensionată corespunzător cantității de material conductor pe care urmează să-l conțină.

Rotorul are un număr majorat de crestături închise, dispuse cât mai apropiat de periferia interioară, având raportul dintre înălțime și lățimea maximă mai mic sau cel mult egal cu unu. Circuitul electric rotoric poate fi format, în afară de colivia propriu-zisă dintr-o cămașă exterioară cilindrică, obținută simultan cu turnarea din aluminiu a coliviei și care îmbracă în întregime pachetul rotoric la exterior făcând corp comun cu inelele de scurtcircuitare. Pachetul de tole stator poate fi prevăzut cu două fante decupate pe axa magnetică a fazei principale, în așa fel ca pe direcția transversală circuitul magnetic al motorului să se prezinte cu o reluctanță magnetică majorată pentru ca reactanța fazei auxiliare de porniseră să rezulte diminuată la același număr de spire.

Motorul electric asincron monofazat cu rotor în scurtcircuit, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- asigură randament energetic ridicat;

- are un cuplu de pornire relativ majorat;

- asigură consumuri specifice de materiale active, conductor de cupru și tablă electrotehnică reduse;

- ușurează tehnologia de bobinare a statorului ;

- asigură centrare corepunzătoare fără dispozitive auxiliare;

- asigură realizarea unui întrefier mai mic față de soluțiile cunoscute;

- asigură reducerea masei totale a agregatului moto-compresor.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare în legătură și cu fig. 1.....12, care reprezintă:

- fig. 1, secțiune longitudinală parțială;

- fig. 2, vedere frontală a motorului montat pe compresor;

- fig. 3, subansamblu stator;

- fig. 4, tolă stator, varianta I;

- fig. 5, tola stator, varianta II;

- fig. 6, detaliu crestătură stator A;

- fig. 7, detaliu crestături B, C și D;

- fig. 8, subansamblu rotor;

- fig. 9, tolă rotor;

- fig. 10, detaliu crestătură rotor F;

-fig. 11, schemă desfășurată de bobinaj;

-fig. 12, schemă cu dispunerea capetelor de bobine.

Motorul electric monofazat cu rotor în scurtcircuit și cu fază auxiliară rezistivă de pornire, conform invenției, este constituit dintr-un stator 1 format dintr-un pachet din tole 2, cu cretături de tip A, B, C și D ștanțate pe circumferința exterioară astfel ca să permită așezarea unui bobinaj 3 pentru alimentarea monofazată, format dintr-o înfășurare principală 4 și o înfășurare auxiliară rezistivă de pornire 5. Statorul 1 este fixat direct pe corpul lagărului 6, asigurat printr-o pană 7 cu un nas m și o îndoitură n la un capăt împotriva rotirii sau ieșirii de pe corpul lagărului, astfel ca să permită montarea unui rotor 8 exterior statorului, într-o construcție inversată, cu un moment de inerție majorat, cu centrarea și fixarea lui printr-o bucșă de presare 9 direct pe arborele 10 al compresorului . Rotorul 8 format dintr-un pachet de tole 11 cu un număr majorat de crestături F este susținut de o flanșă 12 cu găuri de ventilație P și formează corp comun cu aripioarele de ventilație 13. Circuitul electric rotoric este format în afară de colivia propriu-zisă cu barele 14 și inelele de scurtcircuitare 15 și 16 și dintr-o cămașă exterioară cilindrică 17, obținută simultan cu turnarea din aluminiu a coliviei care îmbracă în întregime pachetul rotoric de tole 11 la exterior și face corp comun cu inelele de scurtcircuitare 15 și 16.

La varianta constructivă II pachetul din tole 2 al statorului are prevăzute două fante E, decupate pe axa magnetică longitudinală, în așa fel ca reluctanța magnetică a circuitului magnetic pe direcția transversală să fie majorată față de reluctanța magnetică pe direcția longitudinală. Pachetul stator din tole 2 are în părțile frontale două tole de capăt 18 din textolit sau alt material electroizolant de o grosime corespunzătoare, cu diametrul interior mai mic decât al tolei normale, așezate prin intermediul unor praguri r pe cele două inele 19, care prin cele trei decupări s sunt fixate între ele prin cel puțin trei cordoane de sudură.

Tola stator 2 prezintă două axe de simetrie, o axă de simetrie a care trece prin crestăturile de tip D, se numește axă longitudinală, fiind axa magnetică a înfășurării fazei principale, și o axă β de simetrie care trece prin crestăturile de tip A, se numește axă transversală. Patru crestături B sunt așezate pe cele două bisectoare ale celor două axe, iar celelalte patru crestături B și cele patru crestături C sunt simetric așezate fața de cele două axe. Crestăturile B, C și D au aceeași formă și adâncime, diferind între ele ca lățime, respectiv prin Φ F₂ și Φ F₂. Crestătura A are o formă mai specială, dimensiunile Φ b_ra sunt astfel alese ca să se asigure secțiunea necesară a crestăturii și să rezulte dinții vecini cu pereți paraleli. Toate crestăturile au aceeași adâncime h_ra.Numărul total de crestături poate să fie și altul decât șaisprezece, cu condiția ca să se respecte regula de mai sus. La funcționarea normală circuitul magnetic statoric este străbătut de fluxul magnetic pulsatoriu, după axa longitudinală, flux magnetic creat de solenația realizată în înfășurarea 4 a fazei principale parcursă de curentul absorbit de motor. Circuitul magnetic statoric după axa longitudinală prezintă o permeanță magnetică mult îmbunătățită, conducând la un curent de magnetizare diminuat.

înfășurarea fazei principale este distribuită în crestăturile de tip A, B, și C în așa fel încât întrefier să rezulte o repartiție sinusoidală a inducției magnetice când înfășurarea principală este parcursă de curentul alternativ absorbit. Pentru circuitul magnetic definit, pentru tensiunea de alimentare dată și o putere impusă va rezulta un număr strict de spire pentru fiecare bobină din fiecare crestătură. Astfel, numerele de spire ale bobinelor 20,21,22 și 23 ale înfășurării principale 4 sunt dimensionate astfel, încât valorile lor raportate la numărul total de spire al înfășurării să fie respectiv 0,0995, 0,1838, 0,1406 și 0,0761, abaterile de la aceste valori fiind dictate doar de rotunjirea la număr întreg a spirelor din fiecare bobină.

Pentru pornirea motorului este prevăzută o înfășurare auxiliară rezistivă de pornire 5, care are rezistența ohmică majorată față de cea a înfășurării principale, iar reactanța micșorată atât prin reducerea numărului de spire cât și prin majorarea reluctanței magnetice a circuitului magnetic, după axa transversală, mai ales prin practicarea celor două fante E, ca la varianta constructivă II de o lățime și lungime bine definite în jugul statorului, după axa magnetică longitudinală, în așa fel încât să rezulte câte două punți u și v magnetic saturate. Curenții din cele două înfășurări, datorită parametrilor electrici net diferiți, vor fi defazați în timp, asigurând condițiile necesare realizării unui cuplu de pornire corespunzător. Bobinele înfășurării auxiliare de pornire sunt dispuse în partea superioară a crestăturilor, în așa fel încât să rezulte capete de bobine cât mai lungi posibile. înfășurarea auxiliară de pornire 5 are o axă magnetică γ care nu coincide cu axa transversală β a tolei stator, fiind decalată față de aceasta cu 1...2 crestături, în vederea reducerii componentelor inverse ale câmpului electromagnetic la pornire.

Pentru a ușura bobinarea automată sau semiautomată a statorului de construcție inversată, fiecare din bobinele mari, diametrele 20, ale înfășurării principale 4 pot fi secționate în câte două perechi de bobine 24 și 25 cu pas scurtat; în acest fel se elimină bobinele mici 23 și se modifică corespunzător numărul de spire al bobinei 22 astfel, încât să se conserve în totalitate solenația principală din fiecare crestătură.

în vederea obținerii unei rezistențe ohmice cât mai favorabile pentru înfășurarea auxiliară de pornire 5 se utilizează un material conductor cu o rezistivitate electrică mai mare, de exemplu un conductor din fier, protejat inițial prin cuprare, zincare sau argintare după care este izolat prin emailare. Utilizarea unui astfel de conductor, pe lângă facilitățile tehnice necesare privind rezistența electrică, prezintă și un preț de cost favorabil.

Circuitul electric rotoric suplimentar compus din barele 14, inelel de scurtcircuitare 15 și 16, precum și cămașa cilindrică 17, înlănțuite jugul magnetic rotoric care este străbătut de fluxul magnetic variabil, în timp corespunzător unei jumătăți de pas polar.

Asemănător coliviei obișnuite se va obține un cuplu motor suplimentar considerabil.

La nivelul întrefierului, datorită aripioarelor 13 de ventilație de pe rotor și a găurilor de admisie p se va crea un circuit de ventilație eficace pentru uniformizarea temperaturilor capetelor de bobină cu restul statorului . Rotorul exterior fiind în contact cu toată suprafața exterioară cu mediul de răcire va avea un efect de autoventilație important.

Claims (10)

1. Revendicări

   1. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, caracterizat prin aceea că, este realizat dintr-un stator (1) format dintr-un pachet de tole (2) cu crestături (A,B,C și D) ștanțate pe circumferința exterioară, prevăzut cu un bobinaj (3) pentru alimentarea monofazată, compus dintr-o înfășurare principală (4) și o înfășurare auxiliară (5) rezistivă de pornire, în așa fel încât statorul (1) este fixat direct pe corpul lagărului (6) al compresorului printr-un ajustaj corespunzător, asigurat printr-o pană (7) cu un nas (m) și o îndoitură (n) împotriva rotirii sau ieșirii de pe corpul lagărului, astfel ca să permită montarea unui rotor (8) cu un moment de inerție majorat cu centrarea și fixarea lui printr-o bucșă de presare (9), direct pe arborele (10) al compresorului.
2. 2. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, are un rotor (8) în construcție inversată, format dintr-un pachet de tole (11) cu un număr majorat de crestături (F) la periferia interioară a rotorului (8) este susținut de o flanșă (12) cu găuri de ventilație (p) și formează corp comun cu aripioarele de ventilație (13), poate avea un circuit electric rotoric format în afară de colivia propriu-zisă cu barele (14) și inelele de scurtcircuitare (15 și 16) și dintr-o cămașă exterioară cilindrică (17) obținută simultan cu turnarea din aluminiu a coliviei și care îmbracă în întregime pachetul rotoric din tole (11) la exterior și face corp comun cu inelele de scurtcircuitare (15 și 16).
3. 3. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, este realizat cu un stator (1) al cărui pachet din tole (2) are la capete câte o tolă de capăt (18) din textolit sau alt material electroizolant de o grosime corespunzătoare, tolele (2) fiind consolidate în pachet prin cordoane de sudură longitudinale pe diametrul interior situate în decupătile (s) și prin intermediul (r) în care se fixează tolele de capăt (18).
4. 4. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, statorul (1) este echipat cu o înfășurare principală (4), având axa magnetică suprapusă peste axa longitudinală (a) a tolei stator (2), formată din două grupe identice de bobine, concentrice, conectate între ele după regula sfârșit-sfârșit, fiecare din grupa de spire al bobinelor și numărul total de spire al înfășurării principale fiind, 0,0095 pentru bobina (20), 0,1838 pentru bobina (21), 0,1406 pentru bobina (22) și 0,0761 pentru bobina (23),abstracție făcând de rotunjirea numărului de spire la un număr întreg.
5. 5. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

   1....3, caracterizat prin aceea că, în scopul facilitării operațiunilor de bobinaj mecanizat înfășurarea principală (4) este realizată din două grupe de bobine identice, conectate după regula sfârșit-sfârșit, fiecare grupă fiind formată din șase bobine, numărul de spire total al înfășurării fiind 0,0233 pentru fiecare din cele două bobine (24), 0,0761 pentru fiecare din cele două bobine (25), 0,1173 pentru bobina (26) și 0,1834 pentru bobina (27), abstracție făcând de rotunjirea numărului de spire la un număr întreg.
6. 6. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

   1.....5, caracterizat prin aceea ca, statorul (1) este echipat cu înfășurarea auxiliară de pornire (5), având axa magnetică (a) decalată cu una sau două crestături față de axa transversală (β) a tolei de stator (2), realizată din două grupe de câte trei bobine concentrice, bobinate cu conductor fie din cupru, fie din fier cuprat (zincat, argintat) și emailat, în crestăturile în care există mănunchiuri de bobine din ambele înfășurări fiind amplasate întotdeauna la fundul cretăturii mănunchiurilor înfășurării principale (4) și la partea superioară mănunchiurile înfășurării auxiliare (5).
7. 7. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

   1......6, caracterizat prin aceea că, tola stator (2) prezintă două axe de simetrie, una denumită longitudinală (a) și alta, perpendiculară pe prima, denumită transversală, (/3) , fiind prevăzută cu șaisprezece crestături de patru tipuri (A, B, C și D), de aceeași adâncime dar de secțiuni diferite, astfel încât cele două crestături (A) sunt amplasate după axa (β), cele două crestături (D) sunt amplasate după axa (a), patru crestături (B), iar celelalte patru cretături (C) sunt așezate simetric în raport cu cele două axe.
8. 8. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

   1.....7, caracterizat prin aceea că, în scopul măririi rectanței înfășurării auxiliare (5) la pornire tola stator este prevăzută cu două fante alungite (E) în lungul axei longitudinale (a), situate între cele două crestături (D) și diametrul interior al tolei stator (2).
9. 9. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

   1......8, caracterizat prin aceea că, rotorul exterior (8) este realizat dintr-un pachet din tole (11) prevăzut cu un număr majorat de crestături închise (F), având raportul dintre înălțimea și lățimea maximă h_cr/b_cr mai mic sau cel mult egal cu unu, crestăturile fiind înclinate la montarea pachetului și turnarea în cochilă a circuitului electric rotoric format din barele (14), inelele de scurtcircuitare (15 și 16), cămașa exterioară (17) și flanșa (12) care înglobează șaiba din oțel pentru realizarea ajustajului de strângere pe arborele (10).
10. 10. Motor electric asincron cu rotor în scurtcircuit monofazat, conform revendicărilor

    1.....9, caracterizat prin aceea că, în scopul realizării unui circuit de răcire eficient, rotorul exterior (8) este prevăzut într-o parte cu flanșa(12) având găurile (p) de pătrundere a agentului de răcire, iar în partea opusă cu aripioarele (13) care asigură un debit corespunzător prin întrefierul motorului contribuind la răcirea acestuia.