Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом

Типы двигателей. Стремление повысить пусковой момент короткозамкнутых асинхронных двигателей без увеличения активного сопротивления обмотки ротора (а следовательно, и потерь энергии в нем) привело к появлению специальных конструкций двигателей, называемых двигателями с повышенным пусковым моментом. К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и с ротором, имеющим глубокие пазы (глубокопазные двигатели).

Двигатель с двойной беличьей клеткой (рис. 2.32, а). Ротор этого двигателя имеет две короткозамкнутые обмотки. Наружная клетка является пусковой; она выполнена из стержней малого поперечного сечения и поэтому обладает повышенным активным сопротивлением R_2n. Внутренняя клетка является основной рабочей обмоткой двигателя; она выполнена из стержней сравнительно большого поперечного сечения и обладает малым активным сопротивлением R _2п.

Рис. 2.32 - Общий вид (а), разрез паза (б) ротора двигателя с двойной беличьей клеткой

и распределение плотности тока Δ по высоте h в клетках при пуске

и работе двигателя (в):1 — рабочая клетка; 2 — пусковая клетка;

Сердечник ротора; 4 — короткозамыкающие кольца

 

Индуктивные сопротивления клеток определяются значениями потоков рассеяния Ф_σ2, сцепленных с их стержнями. Так как пусковая клетка расположена близко к поверхности ротора, то сцепленные с ее стержнями потоки рассеяния Ф_σ2 (рис. 2.32, б) сравнительно невелики, и она обладает малым реактивным сопротивлением Х _2п. Рабочая клетка, наоборот, удалена от поверхности ротора, поэтому она имеет большое реактивное сопротивление Х _2р. Увеличение реактивного сопротивления рабочей клетки обеспечивается благодаря соответствующему выбору ширины и высоты паза ротора, а также выбору щели между стержнями обеих клеток.

Для повышения активного сопротивления пусковой клетки стержни обычно изготовляют из марганцовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди. Торцовые короткозамыкающие кольца делают медными. В некоторых случаях обе обмотки объединяют и выполняют литыми из алюминия.

В электрическом отношении обе клетки включены параллельно, вследствие чего ток ротора распределяется между ними обратно пропорционально их полным сопротивлениям z _2п и z _2p:

. (2.60)

В начальный момент пуска, когда s = 1и частота тока в роторе f ₂ максимальна, индуктивные сопротивления клеток во много раз больше их активных сопротивлений, поэтому

I_2n/I_2p ≈ X_2p/X_2n, (2.61,а)

т. е. ток ротора проходит в основном через пусковую клетку (рис. 2.32, в), у которой Х _2п < Х _2р. В то же время эта клетка обладает сравнительно большим активным сопротивлением, а следовательно, создает повышенный пусковой момент.

По мере разгона ротора уменьшается скольжение s и частота f ₂, а поэтому изменяются индуктивные сопротивления Х _2ри Х _2пи распределение тока между клетками. Из (4.60) следует, что ток начинает постепенно переходить из пусковой клетки в рабочую. По окончании процесса разгона величина s становится малой и роль реактивных сопротивлений в токораспределении оказывается незначительной. В этом случае распределение токов определяется отношением

I_2n/I_2p ≈ R_2p/R_2n,(2.61,б)

т. е. ток начинает проходить в основном по рабочей клетке, где R _2р< R _2п. Таким образом, в рассматриваемом двигателе ток в начальный момент пуска вытесняется в наружную пусковую клетку, создающую большой пусковой момент, а по окончании процесса пуска проходит по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает с высоким КПД. Поэтому двигатели с повышенным пусковым моментом часто называют двигателями с вытеснением тока.

Зависимость М = f (s) для двигателей с двойной беличьей клеткой можно построить, рассматривая действие пусковой и рабочей обмоток раздельно. Поскольку пусковая обмотка имеет повышенное сопротивление, максимум образуемого ею момента смещен в область больших скольжений (рис. 2.33, а, кривая 1).

 

Рис. 2.33 - Зависимости М =f{s) асинхронных двигателей