2.3 Особенности характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Формирование пусковых характеристик двигателей с фазным ротором проводится путём введения в цепь ротора дополнительного активного сопротивления и уменьшения его по мере разгона двигателя (уменьшения скольжения).

В короткозамкнутых асинхронных двигателях введение дополнительного сопротивления в цепь ротора невозможно. Однако тот же результат может быть получен, если воспользоваться эффектом вытеснения тока на поверхность проводника. Сущность этогоявления состоит в следующем. Согласно закону электромагнитной индукции при протекании по проводнику переменного тока в нём индуцируется ЭДС самоиндукции, направленная навстречу току

= - = - L = - L 10

Где L– индуктивность проводника

- амплитудное значение тока

Значение этой ЭДС зависит от значения тока , его частоты и индуктивности, определяемой характеристикой среды, окружающей проводник. Если проводник находится на воздухе, то магнитная проницаемость среды будет очень мала, следовательно, мала индуктивностьL. В этом случае изменение частоты 50Гц(влияние ЭДС самоиндукции незначительно. Если проводник помещён в тело магнитопровода, индуктивность многократно увеличивается и ЭДС самоиндукции, направленная навстречу тока, играет роль индуктивного сопротивления, препятствующего протеканию тока.

Рассмотрим проявление действия ЭДС самоиндукции для случая проводника (стержня обмотки ротора), помещённого в глубокий паз магнитопровода ротора двигателя (рис.).

Условно разделим сечение стержня на три части, которые соединим параллельно. Ток, протекающий по нижней части стержня, образует поток , магнитные силовые линии которого замыкаются по магнитопроводу. В этой части проводника возникает ЭДС самоиндукции, большого значения, направленная навстречу току. Ток, протекающий по верхней части стержня роторной обмотки, образует потом, но т.к. силовые линии этого потока в значительной части своей длины замыкаются по воздуху, то потокбудет гораздо меньше потока. Следовательно, ЭДСбудет во много раз меньше, чем.

Указанное распределение ЭДС самоиндукции по высоте стрежня характерно для того режима, при котором частота тока ротора близка к 50Гц. В этом случае, поскольку все три части стержня ротора соединены параллельно (рис.), то ток ротора пойдёт по верхней части стержня.

Это явление называют вытеснением тока на поверхность паза. При этом эффективное сечение стержня, по которому идёт ток, будет в несколько раз меньше, чем общее сечение стержня обмотки ротора. Таким образом, увеличивается активное сопротивление ротора . Поскольку ЭДС самоиндукции зависит от частоты тока (т.е. от скольжения), то и сопротивлениеиявляются функциями скольжения.

При пуске, когда скольжение велико(S=1),сопротивлениеувеличивается (в цепь ротора как бы вводится добавочный резистор). По мере разгона двигателя скольжение двигателя уменьшается, эффект вытеснения тока ослабевает, появляется сначала ток, затем, т.е. ток начинает распространятся вниз по сечению проводника, сопротивлениеуменьшается. При достижении рабочей скорости частота тока настолько мала, что явление вытеснения тока уже не сказывается, ток протекает по всему сечению проводника и сопротивлениеминимально. Благодаря такому автоматическому изменению сопротивленияасинхронных короткозамкнутых двигателей протекает благоприятно: пусковой ток составляет 5.0-6.0 номинального, а пусковой момент 1.1-1.3 номинального.

Варьировать параметры пусковой характеристики асинхронного двигателя при конструировании можно, меняя форму паза, а также сопротивление материала стержней (состав сплава).

Наряду с глубокими пазами применяют двойные пазы, образующие двойную “беличью клетку”, пазы грушевидной формы

На рисунке представлены примерные механические характеристики для серий асинхронных короткозамкнутых двигателей.

1 - нормального исполнения

2 - с повышенным пусковым моментом

3 - с повышенным скольжением

4 - краново-металлургических серий

Короткозамкнутый двигатель нормального исполнения используют для привода широкого класса рабочих машин и механизмов, прежде всего для приводов, работающих в длительном режиме. Для этого исполнения характерны высокий КПД и минимальное номинальное скольжение. Механическая характеристика в области больших скольжений имеет обычно небольшой провал, характеризуемый минимальным моментом .

Двигатели с повышенным скольжением имеют более “мягкую” механическую характеристику и используются, когда два или более двигателей работают на общий вал (для кривошипно-шатунных механизмов) с циклически изменяющейся нагрузкой, когда для преодоления сопротивления движению целесообразно использовать кинетическую энергию, запасаемую в движущихся частях электропривода для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме.

Двигатели с повышенным пусковым моментом предназначены для механизмов с тяжёлыми условиями пуска (скребковые конвейеры). Двигатели краново-металлургических серий предназначены для механизмов, работающих в повторно-кратковременном режиме с частыми пусками. Эти двигатели имеют большую перегрузочную способность, высокий пусковой момент, чем у двигателей нормального исполнения.

Приближённо механическую характеристику короткозамкнутого двигателя можно построить по четырём точкам: при холостом ходе (S=0), при максимальном (), пусковом () и минимальном () моментах. Данные этих характерных точек приводятся в каталогах и справочниках для асинхронных двигателей. Расчёт рабочей части технической характеристики (S=0 доSk) можно проводить по формуле (5) или если пренебречьr₁ (для двигателей мощности более 15кВт)

или=()

Где - номинальное скольжение или