PL B1. INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL BUP 05/12

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. H02K 3/12 ( ) H02K 1/26 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/12 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/15 (72) Twórca(y) wynalazku: JAKUB BERNATT, Tychy, PL MACIEJ BERNATT, Katowice, PL STANISŁAW GAWRON, Ruda Śląska, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego przeznaczonego do napędu maszyn roboczych o dużym momencie bezwładności i długim czasie rozruchu. Znanych jest kilka rozwiązań uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego klatkowego przeznaczonego do ciężkich rozruchów. Najczęściej stosownym rozwiązaniem jest uzwojenie wykonane z prętów miedzianych o przekroju prostokątnym bądź trapezowym umieszczonych w żłobkach głębokich, tak zwane uzwojenie głębokożłobkowe. Uzwojenie takie, w zależności od wykonania, dopuszcza czas rozruch silnika do 30 sekund i wytrzymuje kilka tysięcy rozruchów, zawsze ze stanu zimnego silnika. Drugim wariantem rozwiązania uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego klatkowego, dopuszczającym czas rozruchu silnika do jednej minuty, a nawet dłuższym, jest uzwojenie z prętami biernymi (w literaturze można też spotkać nazwę pręty rozruchowe). Są to pręty miedziane o przekroju prostokątnym ułożone w żłobkach od strony zewnętrznej (to jest od strony szczeliny powietrznej), które nie są zwarte pierścieniami. W tych samych żłobkach od strony wewnętrznej (od strony dna żłobka) są umieszczone pręty uzwojenia czynnego, które są zwarte pierścieniami. Prąd płynący w prętach biernych jest typu wirowego i jest indukowany przez strumień magnetyczny rozproszenia żłobkowego wzbudzanego przez prąd płynący w prętach czynnych. Prąd w prętach biernych praktycznie płynie tylko w czasie rozruchu silnika. W czasie pracy ustalonej częstotliwość zmiany prądu w wirniku wynosi w przybliżeniu 1 Hz, a wartość prądu w prętach czynnych jest kilkakrotnie mniejsza od wartości prądu w tych prętach w stanach rozruchowych, w sumie to powoduje, że prądy indukowane w prętach biernych są małe. Silniki indukcyjne klatkowe z uzwojeniami wirników składającymi się z prętów biernych i czynnych były i są projektowane w BOBME Komel w Katowicach. Silniki takie w Polsce produkuje Fabryka EMIT w Żychlinie. Oględziny wirników z prętami biernymi, po kilkunastu latach eksploatacji silników w których były zabudowane, pozwoliły stwierdzić, że skrajne blachy wirnika, w miejscach przylegania prętów biernych do zębów, wytapiają się. Jest to spowodowane zwieraniem prętów biernych przez pakiet blach wirnika. Znane jest także z patentu JPH rozwiązania jednoklatkowego uzwojenia wirnika silnika indukcyjnego w którym pręty uzwojenia, przy wyjściu z pakietu blach wirnika, mają dwa boki obwodowe sfrezowane, górny i dolny. Celem tego rozwiązania jest uelastycznienie prętów w pobliżu sztywnego pierścienia, co zmniejsza naprężenia zginające i zwiększa odporność prętów na pękanie występujące w pobliżu pierścienia. Uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego składające się z prętów czynnych i prętów biernych, które na końcowych fragmentach pakietu wirnika maja zmniejszony przekrój, tak aby nie przylegały do pakietu blach wirnika, według wynalazku charakteryzuje się tym, że pręty bierne są dłuższe od pakietu blach wirnika, a na wystające poza pakiet końcówki prętów jest nałożony bandaż z materiału elektroizolacyjnego bądź kapa nie powodująca zwarcia końcówek prętów biernych. Przykłady rozwiązania uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego z prętami biernymi pokazano na rysunkach fig. 1 do fig. 5. Na rysunku fig. 1 pokazano uzwojenie wirnika z prętami czynnymi 2 i prętami biernymi 1 umieszczonymi w żłobkach pakietu 3 blach wirnika, na rysunku fig. 2 pokazano końcówkę pojedynczego pręta biernego 1, na rysunkach fig. 3 i fig. 4 są pokazane żłobki wirnika przystosowane do umieszczenia w nich prętów biernych 1 i prętów czynnych 2, a na rysunku fig. 5 pokazano przykład unieruchomienia końcówek prętów biernych 1 przy pomocy bandaża bądź kapy 4. Kształt żłobków do umieszczenia prętów czynnych 2 może być okrągły jak na rysunku fig. 3, prostokątny jak na rysunku fig. 4, może być także inny. Kształt prętów biernych 1 jest zwykle prostokątny, dlatego ta część żłobka (od strony szczeliny powietrznej) w obydwóch rozwiązaniach przedstawionych na rysunkach fig. 3 i fig. 4, jest prostokątna. Uzwojenie wirnika z prętami czynnymi 2 i prętami biernymi 1 jest umieszczone w żłobkach pakietu 3 blach wirnika, przy czym długość prętów biernych 1 może być równa długości pakietu blach wirnika 3, jak to pokazano na rysunku fig. 1, bądź pręty bierne 1 są dłuższe od długości pakietu 3 wirnika, jak na rysunku fig. 5. Pręty uzwojenia czynnego 2 zawsze są dłuższe od pakietu 3 blach i na końcach są zwarte pierścieniem 6, który jest osadzony na podzwojniku 7, jak to pokazano na rysunku fig. 5. Pręty bierne 1 w środkowej części mają przekrój 1.1 dopasowany do wymiarów żłobków 1, a końcówki prętów biernych 1 mają przekrój 1.2 zmniejszony w stosunku do przekroju 1.1. Chodzi o to żeby końcówki 1.2 prętów biernych 1 nie stykały się z pakietem 3 wirnika. Zmniejszenie przekroju 1.2 prętów biernych 1 dotyczy obydwóch jego końców. Swobodne końcówki prętów biernych 1 są podatne na drgania w szczególności w silnikach dwubiegunowych pracujących przy prędkości obrotowej obr/min, należy je zatem unieruchomić. Unieruchomienie końcówek prętów biernych 1 łatwo rozwiązać jeśli są one dłuższe od pakietu blach wirnika 3. Na rysunku fig. 5

3 PL B1 3 pokazano przykład unieruchomienia końcówek prętów biernych 1 przy pomocy bandaża bądź kapy 4 wykonanych z materiałów elektroizolacyjnych. Na wystające poza pakiet 3 blach końcówki prętów biernych są nałożone bandaże 4 na przykład z taśmy szklanej nasyconej żywicą termoutwardzalną bądź na końcówki prętów biernych 1 nałożone są kapy 4, podobnie jak w wirnikach generatorów synchronicznych. Jeśli kapy 4 są wykonane z metalu, na przykład stalowe, to należy je od wewnątrz pokryć warstwą izolacyjną, aby nie zwierały prętów biernych 1. Ponadto między końcami prętów czynnych 2 i końcówkami prętów biernych 1 są umieszczone pierścienie izolacyjne 5, które usztywniają wieńce czół prętów biernych 1. Jest to konieczne, aby siły bezwładności nie powodowały drgań obwodowych wieńca czół prętów biernych 1. Usztywnienie to zapewniają kolejno: wał 9 silnika, konstrukcja nośna wirnika 8, podzwojniki 7 przymocowane do konstrukcji nośnej 8 i końcówki prętów czynnych 2 z pierścieniami zwierającymi 6, które leżą na podzwojnikach, jak to pokazano na rysunku fig. 5. Uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego składające się z prętów czynnych 2 i prętów biernych 1 wykonane zgodnie z opisanym przykładem rozwiązania, nie powinno wytapiać pakietu blach 3 wirnika, a dodatkowo usztywnione przy pomocy bandaża końcówki prętów biernych 1 mają znacznie mniejszy wpływ na poziom drgań silnika i głośność jego pracy. Zastrzeżenie patentowe Uzwojenie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego składające się z prętów czynnych i prętów biernych, które na końcowych fragmentach pakietu wirnika mają zmniejszony przekrój tak aby nie przylegały do pakietu blach wirnika, znamienne tym, że pręty bierne (1) są dłuższe od pakietu (3) blach wirnika, a na wystające poza pakiet (3) końcówki prętów (1) jest nałożony bandaż (4) z materiału elektroizolacyjnego bądź kapa (4) nie powodująca zwarcia końcówek prętów biernych (1).

4 4 PL B1 Rysunki

5 PL B1 5

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)