Спосіб виготовлення магнітопроводу ротора асинхронного двигуна

1. Спосіб виготовлення магнітопроводу ротора асинхронного двигуна, що включає штампування листів з електротехнічної сталі, що має двостороннє ізоляційне покриття в стані поставки, шихтовку сердечника, його підігрів і заливання алюмінієм у кокіль для отримання обмотки у вигляді "білячої клітки", який відрізняється тим, що листи для ши хтовки сердечника перед шихтовкою занурюють у розчин для змиву 2. Спосіб шару. ізоляційноговиготовлення магнітопроводу ротора асинхронного двигуна за п. 1, який відрізняється тим, що магнітопровід ротора шихтують листами більшої товщини за листи магнітопроводу статора, наприклад в 2-2,5 рази. Винахід відноситься до електромашинобудування, зокрема, до технології виготовлення роторів електродвигунів з короткозамкненою обмоткою і може бути використаний при розробці й виготовленні асинхронних двигунів промислового застосування, а також для електроприводних агрегатів авіаційного призначення. Відомі способи виготовлення роторів асинхронних двигунів, у яких магнітопровід являє собою шихтований сердечник з листової електротехнічної сталі, що має двостороннє ізоляційне покриття, що наноситься на сталь при її виготовленні на металургійних заводах [1], при цьому загальноприйняте сердечник ротора виготовляти з листів такої ж товщини, що й сердечник статора [2]. Це обумовлено тим, що листи ротора й статора штампують із однієї заготівлі, отже, при наявності ізоляційного покриття на листах або стрічках (рулонах) електротехнічної сталі, воно буде і на листах статора, й на листах ротора. На листах статора ізоляційне покриття необхідно, тому що воно забезпечує зниження втрат на вихрові стр уми. Втрати в сталі визначаються по формулі Рсm = kfb В 2m , де k - коефіцієнт, що враховує збільшення втрат, викликане наклепом при штампуванні та іншими причинами; f - частота живильної мережі (частота перемагнічування); В індукція в сталі; m - маса стали; b - показник ступеня, мінімальна величина якого дорівнює 1,3. Частота перемагнічування в роторі f2=f• s, где величина ковзання s£0,05 [3]. Таким чином, частота в роторі як мінімум в 20 разів менше частоти в статорі, і за інших рівних умов втрати в сталі ротора в 49 разів менше втрат у статорі, а якщо врахувати, що маса сталі ротора приблизно в 3 рази менше маси сталі статора, то одержимо, що втрати в сталі ротора приблизно в 150 разів менше втрат у сталі ста тора. Ця величина настільки мала, що втрати в сталі ротора не враховують. Малість цих втрат дозволяє застосовувати листи ротора без ізоляційного покриття. Але з іншого боку, відсутність ізоляційного покриття на листах ротора обумовлює збільшення поздовжніх стр умів у роторі, що, у свою чергу, приводить до збільшення моментів у зоні більших ковзань, у тому (19) UA (11) 84648 (13) (21) a200704395 (22) 20.04.2007 (24) 10.11.2008 (46) 10.11.2008, Бюл.№ 21, 2008 р. (72) ШАРАБАН ЮРІЙ ВОЛОДИ МИРОВИЧ, UA, ФІНКЕЛЬШТЕЙН ВОЛОДИМИР БОРИСОВИЧ, U A (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "ХАРКІВСЬКЕ АГРЕГАТНЕ КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО", U A (56) Костромин В.Г., Бронин С.В., Дагаев В.А. и др. Технология производства асинхронных двигателей: Специальные процессы. - М.: Энергоиздат, 1981. - С.36. Капустин Г.В., Финкельштейн В.Б., Чебанюк В.К. Продольный ток в магнитопроводе ротора асинхронного двигателя // Техническая электродинамика. - №4, 1999. - С. 60-65. Антонов М.В. Технология сборки электрических машин и аппаратов. - М.: Высшая школа, 1986. - С. 127-128, 248-249. C2 1 3 84648 числі й пускового моменту. Поздовжній струм робить таку ж дію, як і струм в обмотці ротора (у білячій клітці). При відсутності ізоляції на листах ротора подальшого зниження опору і збільшення поздовжнього струму можна досягти збільшенням товщини листів ротора, тобто зменшенням числа контактних поверхонь між аркушами, які становлять 90% опору в поздовжньому напрямку. Тому що сердечники ротора й статора мають однакову довжину, то зміна товщини листів одного з магнітопроводів зажадає штампування додаткової їхньої кількості, що приведе до збільшення витрати сталі й зміні процесу виробництва, тому для підприємств, що випускають у великій кількості електродвигуни загальнопромислового призначення, застосування обмеженої номенклатури електротехнічних сталей економічно доцільніше, однак у цьому випадку маються на увазі електродвигуни авіаційного призначення, для яких при дрібносерійному й одиничному виробництві досягнення такої мети як одержання підвищених пускових характеристик при збереженні масогабаритних показників промислово освоєного аналога цілком виправдано додатковими виробничими витратами. З огляду на викладене й запропонована додаткова операція - зняття ізоляції з листів ротора перед шихтовкою на оправлення, а також виготовлення листів ротора зі сталі більшої товщини в порівнянні з товщиною листів статора. Сучасні електротехнічні сталі, наприклад, типу 2411, 3413 і інші товщиною 0,35мм і 0,5мм випускаються тільки з покриттям [4], [5], що виключає замикання листів між собою в зібраному магнітопроводі ротора. Проведений аналіз розрахункових і експериментальних даних показує, що в дрібносерійному виробництві електричних машин для авіаційних агрегатів після заливання ротора алюмінієм у кокіль із попереднім підігрівом сердечника поліпшуються пускові характеристики асинхронних двигунів у результаті вигоряння межлистовой ізоляції й протікання поздовжнього струму в магнітопроводі [6]. Ротори серійних загальнопромислових двигунів заливають на ливарних машинах під тиском, при цьому пакет магнітопроводу не прогрівається, і опір межлистової ізоляції не порушується, у зв'язку із чим поздовжній струм у магнітопроводі ротора, що викликає додаткове збільшення пускового моменту, відсутній. Однак не всяке ізоляційне покриття на сталі вигорає при заливанні ротора в кокіль. Сучасні електротехнічні сталі [4], [5] мають термостійке покриття, здатне витримувати високі температури, тому для підвищення пускового моменту асинхронного двигуна, до якого пред'являються підвищені вимоги по його кратності, необхідно попередньо перед шихтовкою ротора знімати ізоляційне покриття з поверхні листів стали. Найбільш близьким по технічній сутності й кількості співпадаючих ознак є обраний як прототип спосіб виготовлення магнітопроводу ротора, що приведений в [1]. 4 В основу винаходу поставлене завдання підвищення пускового моменту асинхронного двигуна. Поставлене завдання вирішується тим, що при виготовленні магнітопроводу ротора асинхронного двигуна способом, що включає штампування листів з електротехнічної сталі, шихтовку сердечника й заливання білячої клітки алюмінієм у кокіль із попереднім підігрівом сердечника, відповідно до винаходу, листі для шихтовки сердечника, що мають двостороннє ізоляційне покриття в стані поставки, перед шихтовкою занурюють у розчин, що змиває ізоляційний шар. Крім того, магнітопровід ротора шихтують листами більшої товщини, чим магнітопровід статора, наприклад, в 2-2,5 рази. Зняття ізоляційного покриття збільшує додаткові втрати в роторі, але оксидна плівка має нелінійний опір. При малих струмах, у тому числі при номінальному режимі роботи асинхронного двигуна, опір межлистових проміжків великий, і відчутного збільшення додаткових втрат не спостерігається, при більших стр умах, наприклад у пусковому режимі, активний опір ротора малий і поздовжній струм, що протікає, у магнітопроводі ротора підвищує результуючий пусковий момент двигуна. Цей ефект проявляється в асинхронних двигунах великої потужності з більшим скосом пазів ротора, наприклад, на 4-5 пазных розподілів статора при частоті мережі 50Гц; і в асинхронних двигуна х малої потужності при частоті 400Гц з малим скосом пазів (наприклад, на один пазний розподіл статора). Це пояснюється тим, що переважаючим в ши хтованому роторі є активний опір, з ростом частоти до 400Гц збільшується індуктивний опір (в 8 разів), а тому, що його частка в повному опорі ротора мала, той сумарний опір магнітопроводу збільшується до двох разів, EPC, що наводиться між листами, збільшується в 8 разів при однаковій індукції в повітряному зазорі, тому стр ум, що збільшується в 4-5 разів у магнітопроводі ротора, створює підвищений пусковий момент. Однак цього буває не досить, і подальшого зменшення повного опору ротора можна досягти застосуванням у шихтованому пакеті меншої кількості листів більшої товщини. При цьому зменшується опір ротора, збільшується поздовжній струм у магнітопроводі й збільшується пусковий момент. Як відзначалося вище, опір межлистових проміжків нелінійний, і він достатньо велик в номінальному режимі, тому відчутного збільшення додаткових втрат і зменшення ККД не спостерігається. Експериментальним шляхом установлено, що при виготовленні магнітопроводу статора з листів товщиною 0,2мм, а магнітопроводу ротора з листів товщиною 0,5мм пусковий момент асинхронного двигуна при частоті живлячої напруги 400Гц збільшився на 16% у порівнянні з магнітопроводом ротора з листів товщиною 0,2мм. Таким чином, двигун задовольняє критерію поставленого завдання -одержанню збільшеного пускового моменту при практично незмінному пусковому стр умі. 5 84648 Заявлений винахід є новим, має винахідницький рівень, тому що запропонований спосіб виготовлення магнітопроводу ротора явно не слідує з рівня техніки, промислово застосовний, тому що призначений для використання при виготовленні асинхронних двигунів. Даний спосіб виготовлення магнітопроводу ротора дозволив одержати асинхронний двигун з підвищеними пусковими характеристиками при збереженні масогабаритних показників промислово освоєного аналога. Використання такого двигуна в літаковому агрегатобудуванні підвищило надійність запуску електроприводних насосних станцій у гідросистемах літаків Ан-148, Ил- 96-300, Бе-200 при осіданнях напруги автономних джерел живлення і від'ємних температурах навколишнього середовища. Джерела інформації: 1. Антонов М.В. Те хнология сборки электриче Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 ских машин и аппаратов.-M.: Высшая школа, 1986. - С. 127-128, 248- 249. 2. Костромин В.Г., Бронин СВ., Дагаев В.А. и др. Технология производства асинхронных двигателей: Специальные процессы /Под ред. В.Г. Костромина/-М.: Энергоиздат, 1981.- С. 36, раздел 23. 3. Петров Г.Н. Электрические машины. - M.: Госэнергоиздат, 1963, - С. 74. 4. ГОСТ 21427.1-83 Сталь электротехническая холоднокатаная анизотропная тонколистовая. Технические условия. 5. ГОСТ 21427.2-83 Сталь электротехническая холоднокатаная изотропная тонколистовая. Технические условия. 6. Капустин Г.В., Финкелыптейн В.Б., Чебанюк В.К. Продольный ток в магнитопроводе ротора асинхронного двигателя // Те хническая электродинамика. - №4, 1999. - С. 60-65. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601