Ротор електромашинного синхронно-реактивного перетворювача частоти, Банк патентів
Використання: синхронно-реактивні перетворювачі на частоти 50/200 Гц та 60/240 Гц. Сутність винаходу: шихтований магнітопровід ротора набирається з цілісних (нескладних) листів. Лист ротора має центральний отвір під вал, один широкий і два вузькі полюсні виступи із загальним діаметром утворює кола. Полюсні виступи розділені полюсними западинами. Ротор має пускову обмотку. Магнітопровід ротора виконується з більш досконалою конструкцією. У зоні основи широкого полюсного виступу ротора є орієнтовані поперек осі цього виступу отвору, а також перемички, що є містками магнітного насичення. Застосування даного ротора забезпечує отримання кращих робочих характеристик перетворювача за рахунок обмеження падіння вихідної напруги під навантаженням та більшої здатності перевантажувача перетворювача. Це забезпечує умови для зменшення витрат обмотувальної міді на вторинну обмотку. Ротор має покращені конструктивно-технологічні властивості. Для отримання вторинної ЕРС з формою, ближчою до синусоїди, по кутах полюсних виступів виконуються чотири зрізи. 1 з.п. ф-ли, 1 іл.
ОПИС ВИНАХОДУ ДО ПАТЕНТУ
Винахід відноситься до електромашинобудування, зокрема, до пристрою ротора синхронно-реактивного перетворювача частоти.
Відомі конструкції електромашинних синхронно-реактивних перетворювачів частоти [1-3] мають дві обмотки на статорі (первинну-двополюсну та вторинну-восьмиполюсну) з роторами спеціальної конструкції. При цьому забезпечується пуск та синхронне обертання ротора, а також перетворення частоти з її збільшенням у вторинній обмотці щодо частоти мережі вчетверо. Такіперетворювачі дають співвідношення частот 50/200 Гц та 60/240 Гц. Вторинна частота цих перетворювачів визначається конфігурацією листів магнітопроводу ротора.
Технічними рішеннями в якості аналогів винаходу є ротори синхронно-реактивних перетворювачів з короткозамкнутою обмоткою, що мають магнітопровід як складової, так і нескладної конструкції [1-3] Існують ротори синхронно-реактивних перетворювачів частоти, в яких магнітопровід ротора виконується складовим з двох у вигляді шихтованих сегментів. Ці дві частини магнітопроводу ротора конструктивно скріплюються за допомогою немагнітного матеріалу [1] Достоїнством роторів такої конструкції є можливість забезпечення функціональних характеристик синхронно-реактивного перетворювача частоти.
Недоліками складеного ротора-перетворювача є підвищена складність конструкції та за рахунок цього збільшена складність та трудомісткість технологічного процесу виготовлення ротора. Значна також витрата заливного алюмінієвого сплаву. Зазначені недоліки усуваються в конструкціях роторів з нескладним шихтованим магнітопроводом. Пакет такого ротора набирається з цільного листів, тобто. нескладної конструкції [2, 3] В аналогу по [2] ротор порівнянної конструкції має три полюсні виступи. У магнітопроводі цього ротора є отвори, орієнтовані на поперечному перерізі ротора вздовж центральної осі широкого полюсного виступу і розташовані по обидва боки щодо валу ротора. За рахунок зазначеного в перетворювачі [2] забезпечується просторова орієнтація полюсних виступів ротора щодо кривої магнітного поля первинної обмотки статора зі зсувом на 90 o в порівнянні з випадком конструкції перетворювача [1]результаті перетворювач [2] працює при різкій несиметрії формою напівперіодів розгортки кривої результуючого поля в повітряному зазорі. Це призводить до значного зростання впливу вищих побічних гармонічних порядків, що знижує функціональні якості перетворювача з ротором такої конструкції. Для поліпшення форми кривої вторинної ЕРС чотириразової частоти в перетворювачі [2] на бічних кутах широкого полюсного виступу ротора є два зрізи.
Найбільш близьким до винаходу аналогом є конструкція ротора синхронно-реактивного перетворювача частоти [3] з трьома полюсними виступами на роторі і чотирикратним збільшенням частоти струму. У цьому перетворювачі полюси ротора виконані у вигляді секторів, вершини яких з'єднані перемичками, а ротор має форму шнека для створення ефекту осьової вентиляції.
Перетворювач з конструкцією ротора [3] має збільшене падіння вихідної напруги під навантаженням і зменшену перевантажувальну здатність по електричної потужності, що віддається, і струму навантаження. Вказане негативно відбивається на умовах та режимах роботи електродвигунів, що живляться від такого джерела. Збільшене падіння вихідної напруги викликає необхідність мати більшу величину вторинної ЕРС при холостому ході. А це, за інших рівних умов, призводить до збільшення витрат обмотувальної міді на вторинну обмотку в перетворювачі [3] Все зазначене є наслідком функціональних недоліків пристрою даного ротора.
Широкий полюс ротора, виконаний згідно [3] у формі сектора і з'єднаний своєю основою з перемичкою, має несприятливі геометричні пропорції для механічного пристрою, що обертається. При таких обрисах полюса (консоль із кріпленням у тонкому перерізі) та зміщеним місцемрозташування його центру тяжкості (кінцева частина консолі), такий полюс є конструктивним елементом з вираженою схильністю до механічного резонансу. В результаті конструкція широкого полюса у відомому перетворювачі [3] може бути причиною підвищеної вібрації навіть при хорошому балансуванні ротора.
Завданням винаходу є поліпшення пристрою ротора синхронно-реактивного перетворювача частоти з метою зменшення падіння вихідної напруги перетворювача під навантаженням, збільшення його перевантажувальної здатності по електричній потужності, що віддається, і струму навантаження, зниження витрати обмотувальної міді, а також підвищення конструктивної жорсткості широкого полюсного виступу. вібрацій.
Істотними ознаками конструкції заявленого ротора є такі елементи та ознаки його устрою. Ротор має шихтований магнітопровід з цілісних, тобто нескладних листів, які мають центральний отвір під вал, один широкий і два вузькі полюсні виступи, які розділені полюсними западинами і виконані з одним загальним діаметром утворює кола. У полюсних виступах виконані отвори пазів і розміщена пускова обмотка. Відмінними від найближчого аналога є такі ознаки винаходу: ротор виконаний з широким полюсним виступом, в зоні основи якого є подовжені формою отвори, які в профілі поперечного перерізу ротора орієнтовані поперек центральної осі цього полюсного виступу, а самі розділені і обмежені по довжині перемиками що є містками магнітного насичення.
Зазначені відмітні ознаки доповнюються такою окремою ознакою заявленого ротора: на чотирьох кромках поверхонь полюсних виступів по зовнішньому діаметруротора в місцях, що примикають до полюсних западин, які відокремлюють широкий і вузькі полюсні виступи, виконані зрізи, що мають у профілі лінійну, лінійно-ступінчасту або криволінійну форму. Даний ознака пристрою ротора спрямований на отримання перетвореної ЕРС підвищеної частоти, ближчої до синусоїдальної форми.
Заявлена конструкція ротора синхронно-реактивного перетворювача частоти в порівнянні з відомими має новизну та суттєві відмінності, створює позитивний ефект.
Винахід пояснюється за допомогою малюнка, на якому зображені в поперечному розрізі елементи конструкції дроту магнітопроводу (профіль листа ротора).
Магнітопровід ротора має наступну конфігурацію (див. рисунок) і основні конструктивні елементи. Широкий полюсний виступ 1 з центральним кутом 90 o має форму зрізаного по висоті сектора за рахунок відокремлення від сектора трикутної частини біля його вершини. Дві вузькі полюсні западини 2 мають центральний кут 45 o і виконані з трапецеїдальним профілем. Широка полюсна западина має центральний кут 9 o , а утворює її лінія зрізу перпендикулярна осі q. Як варіант конструкції виконуються зрізи 4 по всій довжині пакета магнитопровода ротора. Є центральний отвір 5 під вал ротора. В отворах пазів 6 розміщується пускова короткозамкнута обмотка, її стрижні по торцях ротора з'єднані кільцями, що замикають (на малюнку не показані). Отвори 7 конструктивно розмежовують і в магнітному відношенні тіло широкого полюсного виступу від тіла спинки ротора. Два вузькі полюсні виступи виконуються з розмірами, що визначаються центральним кутом 45 o . Вузькі полюсні виступи 8 і 9 спинки спинки утворюють міцну і жорстку конструкцію магнитопровода ротора. Тіло широкого полюсного виступу 1 із заходамипригнічення резонансних факторів з'єднано зі спинкою 9 за допомогою розосереджених по ширині спинки перемичок в середній частині і по краях отворів 7. Ці перемички виконані з мінімально можливою їх шириною, щоб вони були містками магнітного насичення. Конструкція листа заявленого ротора в технологічному відношенні вигідно відрізняється від відомої тим, що в спресованому на валу пакеті немає розпушування листів ділянці широкого полюсного виступу, т.к. у разі відсутній чинник консольного профілю цього полюса, яке кріплення здійснюється над вузькому місці, але в ділянці розширеного підстави цього виступу.
Варіантами виконання елементів конструкції заявленого ротора можуть бути, зокрема, такі. Пази пускової обмотки 6 можуть бути закритими (без шліців), напівзакритими (з шліцами), круглої або овальної форми. Полюсна западина 3 може виконуватися з лінійними, лінійно-ступінчастими та криволінійними профілями. Зазначене відноситься і до зрізів 4. Дно полюсних западин 2 і отвори 7 можуть виконуватися як по утворюючих прямолінійним, так і криволінійних обрисів.
Пакет магнітопроводу ротора напресовується на вал зі скосом або без скосу пазів пускової обмотки. Замикаючі кільця пускової обмотки можуть бути виконані з формою їх зовнішнього контуру або у вигляді круглого кільця, або формою обрисів контуру магнітопроводу ротора.
За наявності оптимального скосу пазів пускової обмотки (тобто скосу полюсних виступів ротора) покращуються умови запуску перетворювача, а також пригнічуються вищі гармонічні зубцеві порядки в кривій перетвореної ЕРС. Скіс на роторі доцільно приймати рівним за величиною одному зубцевому поділу статора. При більшій величині скосу полюсних виступів у перетворювачі виявляютьсятакі функціональні взаємозв'язки, які призводять до поліпшення його характеристик та зниження ефективності використання його активних матеріалів обмотувальної міді та сталі магнітопроводу. З цієї причини у заявленому роторі, на відміну від відомого, не передбачено використання властивостей ротора-шнека для створення самовентиляції, як неефективного у своїй основі для електромашинного перетворювача.
Функціональна дія ротора заявленої конструкції під час роботи перетворювача забезпечує отримання наступних характеристик та результатів.
Три полюсні виступи 1 і 8 і три полюсні западини 2 і 3 створюють спільно таке значне симетричне спотворення результуючого магнітного поля в повітряному зазорі від мережевої (первинної) обмотки, у якому утворюється вища гармонійна складова поля четвертого порядку. При цьому на повному колі діаметром ротора утворюється вісім чергуються по полярності напівхвиль вищої гармонійної поля четвертого порядку. Вісь ротора d у просторі збігається із зоною амплітуди кривої первинного обертового поля.
Отвори 7 в роторі дозволяють створити спеціальні магнітопараметричні умови для обмоток, розташованих на статорі. В результаті зменшується внутрішнє падіння напруги у перетворювачі під навантаженням. Його зовнішня характеристика стає жорсткішою (з меншим падінням напруги). Перетворювач із заявленим ротором порівняно з ротором відомої конструкції має, крім того, велику перевантажувальну здатність по електричній потужності, що віддається, і струму навантаження. Його вторинна обмотка, за інших рівних умов, вимагає меншого числа витків. Це забезпечує економію обмотувальної міді.
Заявлена конструкція ротора має стійкість до виникнення резонансних вібрацій,завдяки підвищенню конструктивної жорсткості широкого полюсного виступу ротора.
Зрізи 4 посилюють ефективність потрібного формування кривої результуючого магнітного поля повітряному зазорі, що містить виражену четверту гармонійну. Тим самим зрізи 4 забезпечують індукування ЕРС підвищеної частоти формою ближчою до синусоїди. Це покращує якість перетвореної енергії.
Пускова короткозамкнена обмотка в пазах 6 забезпечує асинхронний запуск перетворювача. Під дією реактивного моменту, що обертає, ротор втягується в синхронізм і утримується в такому стані в умовах нормальних режимів роботи перетворювача. Отвори 7 на підставі широкого полюсного виступу призводять до зростання величини реактивного моменту ротора, що позначається позитивно на роботі перетворювача.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Ротор електромашинного синхронно-реактивного перетворювача частоти, виконаний з шихтованим магнітопроводом з цільних листів, які мають центральний отвір під вал, один широкий і два вузьких полюсних виступи, розділених полюсними западинами і виконаних з одним діаметром утворює кола, що має також пази в полюсних виступах для пускової обмотки, який відрізняється тим, що в зоні основи широкого полюсного виступу є подовжені за формою отвори, які в профілі поперечного перерізу ротора орієнтовані поперек центральної осі цього полюсного виступу, а самі розділені і обмежені по довжині перемичками, що є містками магнітного.
2. Ротор за п. 1, який відрізняється тим, що на чотирьох кромках поверхонь полюсних виступів по зовнішньому діаметру ротора в місцях, що примикають до полюсних западин, які відокремлюють широкий і вузькі полюсні виступи, виконані зрізи, що маютьпрофілі лінійну, або лінійно-ступінчасту, або криволінійну форму.