Wpływ konstrukcji wirnika na parametry silnika indukcyjnego pracującego w ciekłych gazach

Abstract

W artykule przedstawiono analizę wpływu geometrii żłobków wirnika oraz materiału klatki na parametry elektromagnetyczne silnika indukcyjnego pracującego w ciekłych gazach, ze szczególnym uwzględnieniem pracy w gazie LNG o temperaturze 161 stopni C. Przewiduje się, że znaczna część urządzeń do przepompowywania i przesyłania gazu naturalnego będzie wyposażona w silniki indukcyjne pracujące w zanurzeniu. Rodzi to szereg problemów zarówno konstrukcyjnych, jak i technologicznych. Niezbędne jest określenie zmiany właściwości materiałów magnetycznych i przewodzących poddanych działaniu tak niskiej temperatury. Konieczny jest również dobór materiałów izolacyjnych oraz struktury izolacji uzwojeń, a także rozwiązań konstrukcyjnych wirnika klatkowego. Istotne zmniejszenie rezystywności materiałów przewodzących w niskich temperaturach niesie zarówno pozytywne, jak i negatywne skutki, do których zaliczyć należy mniejszy moment rozruchowy oraz wzrost prądu rozruchowego. Ponieważ istotny wpływ na powyższe parametry ma kształt, przekrój i materiał klatki wirnika, w artykule przedstawiono wybrane wyniki analizy wpływu tych wielkości na wartości i przebiegi momentu elektromagnetycznego i prądu silnika. Wykazano, że dobierając odpowiedni kształt pręta wirnika oraz materiał, z którego wykonana jest klatka, można wpływać na wartość i przebieg istotnych parametrów silnika. Na podstawie uzyskanych badań symulacyjnych, wskazano optymalny pod względem konstrukcyjnym i technologicznym kształt pręta klatki wirnika, który powinien być stosowany w silnikach pracujących w temperaturze niższej niż 150 stopni C.

The paper presents the influence of slot geometry and resistivity of squirrel cage materials on characteristics high power motor's. Changes of electromagnetic torque run and of electrical current run as they appear in the motor with given solutions were analyzed and compared. Simulational analyses were conducted using circuit-field method. On the basis of test results, it was found that although employment of typical squirrel bar and typical materials for this motor part gives positive results, it is not an optimal solution. The best start-up parameters were obtained for shape C stator slot presented in Figure 2. Application of this kind of slot shape results in increase of start-up torque and decrease of start-up current, as compared to typical design shape A (Fig. 4). On the other hand, critical torque also decreases but this change is minor and it does not exceed 8%. The use of Cu or CuBe2 as squirrel cage material for motor, working in -150 Celsius degrees, results in a 21% decrease of start-up torque and a 23% increase of start-up current (Fig. 9) when compared with squirrel cage made of Al. However, motor working in cryogenic conditions may, in some cases, work in higher temperatures. In such situations attention should be paid to the change of motor parameters occurring with the change of its operating temperature. The smallest change was noted for Cu squirrel cage and for a cage made of Cu with small amount of beryllium addition, what is illustrated in Figures 7-8. What should be underlined is that the manufacture of a Cu (or Cu alloy) squirrel cage is poses difficulties from technological point of view. Employment of this sort of solution may be governed by other factors, such as limitation of power loss in the motor.