13.3.2.2. Глубокопазные двигатели

В таких двигателях также используется явление вытеснения тока, но по конструкции они значительно проще двухклеточных. В магнитопроводе ротора делаются узкие пазы, высота которых в 6-12 раз больше их ширины. Беличья клетка выполняется из узких медных или алюминиевых стержней. Такие стержни можно рассматривать, как проводники, разделенные на большое число элементов сечения. Из рис. 2.17а видно, что, чем ближе к дну паза расположен элемент сечения, тем большее число линий потока рассеяния с ним сцеплено. Следовательно, индуктивность элементов сечения постепенно уменьшается по мере их приближения к вершине паза, а значит, уменьшаются и индуктивные сопротивления. В начальный момент пуска при s=1, частота изменения тока в роторе равна частоте питающей сети, индуктивное сопротивление сечения больше активного x_L2=2fL₂>r₂ и величина тока в сечениях определяется в основном их индуктивным сопротивлением. Поэтому при пуске происходит вытеснение тока в верхние сечения и плотность тока в них получается значительно большей (рис.2.17б). Следовательно при s=1 ток протекает только по части стержня, что равнозначно увеличению его активного сопротивления. При номинальном скольжении s=s_н частота токов в роторе значительно уменьшается (например, при f₁=50 Гц и s=0,02 частота тока в роторе f₂=1 Гц) и во столько же раз уменьшается его индуктивное сопротивление, которым теперь можно пренебречь и считать, что обмотка ротора обладает только активным сопротивлением. Вытеснения тока в этом случае не происходит и его распределение по высоте стержня происходит практически равномерно (рис.2.17в). Поскольку теперь по всем сечениям стержня протекает одинаковый ток, происходит резкое уменьшение активного сопротивления обмотки ротора и уменьшение потерь в нем.

Таким образом, как и у двухклеточного двигателя во время пуска активное сопротивление обмотки ротора резко возрастает, что приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента.

Рис.2.17. Потоки рассеяния (а) и распределение плотности тока (б,в) в обмотке глубокопазного двигателя

При номинальном и близком к нему режимах сопротивление ротора уменьшается, и становиться почти таким же, как у обычного короткозамкнутого двигателя.

Двигатели с повышенным пусковым моментом имеют повышенные потоки рассеяния, поэтому их коэффициент мощности cos и максимальный момент меньше по сравнению с двигателями обычного исполнения.

Кроме двигателей с глубокими пазами и двойной клеткой широкое распространение получили двигатели бутылочной и клиновидной формой пазов. Утолщение нижней части стержней усиливает эффект изменения сопротивления при вытеснении тока. По пусковым свойствам такие двигатели почти такие же, как и двигатели с двойной беличьей клеткой, но они проще в изготовлении.

2.13.2. Пуск двигателя с фазным ротором

Осуществляют с включенными в цепь ротора пусковым реостатом, который служит для уменьшения пускового тока и увеличения пускового момента. Подключение пускового реостата к обмотке ротора осуществляется с помощью неподвижных щеток через укрепленные на валу двигателя контактные кольца.

У двигателей с фазным ротором можно сделать так, чтобы пусковой момент равнялся максимальному. Для этого необходимо подобрать величину сопротивления пускового реостата такой, что бы критическое скольжение s_к=1 тогда на основании уравнения полученного при анализе электромагнитного момента имеем

. (2.56)

Поскольку активное сопротивление обмотки статора значительно меньше реактивного можно записать

r₂’+R_пуск’=x_k. (2.57)

Из уравнения 2.57 следует, что асинхронный двигатель развивает наибольший пусковой момент, когда суммарное активное сопротивление фазы обмотки ротора равно сумме индуктивных сопротивлений рассеяния обмоток статора и ротора.

Пусковой реостат обычно состоит из нескольких (3-6), включенных последовательно ступеней (рис.2.18а). Пуск двигателя начинается с момента включения обмотки статора в сеть. При этом в цепь ротора вводят все секции пускового реостата. Если величина сопротивления пускового реостата была подобрана в соответствии с уравнением 2.57 и s=s_к=1, то М_пус=М_max поскольку, как было доказано ранее величина максимального момента не зависит от активного сопротивления.

В этом случае двигатель начинает разгоняться по характеристике 1 (рис.2.18б).

После того как ротор придет во вращение скольжение уменьшается и как видно из характеристики М=f(S) уменьшается и величина момента, развиваемого ротором (участок 1-1’ на механической характеристике I). Для увеличения тока ротора, а, следовательно, и момента, секцию r_п1 пускового реостата выводят. Теперь пуск машины происходит по искусственной механической характеристике II. Рабочая точка при этом переходит на участок 2-2’. При новом снижении пускового момента реостат выводят полностью, а кольца закорачивают, получая короткозамкнутую Обмотку. Двигатель разгоняется по естественной механической характеристике до установившейся скорости. Обычно отключение ступеней реостата производится автоматически.