2. Глубокопазный двигатель

Глубокопазный двигатель в настоящее время рассматривается как основной тип двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора.В глубокопазных двигателях применяются стержни обмотки ротора с достаточно большим отношением высоты hст к ширине bст (рис. 4, а). Так как магнитные линии стремятся идти по пути наименьшего сопротивления, то центр поля рассеяния опустится к основанию паза, и магнитный поток распределится так, как это показано на рисунке 4.

Нижние части стержня оказываются сцепленными с большим числом линий потока рассеяния, а верхние — с меньшим. При пульсации этого потока в нижних частях стержня наводится большая Э.Д.С. рассеяния , а в верхних — меньшая. Но основной поток (сплошная линия на рис. 4, а) наводит Э.Д.С е, одинаковую по всей высоте стержня, так как линии этого потока сцеплены с полным сечением стержня. Пусть i — ток, текущий по рассматриваемой части стержня, а R—ее активное сопротивление. Тогда i=(e- )/R, так как

Э.Д.С. противодействует изменению потока рассеяния и поэтому направлена встречно относительно е. Таким образом, ток i, а стало быть, и плотность тока тем больше, чем меньше , т. е. происходит вытеснение тока в верхнюю часть стержня (рис. 4, б). Вследствие этого, во-первых, уменьшается используемая площадь поперечного сечения стержня (рис. 4, в) и, таким образом, увеличивается его активное сопротивление Rст, а во-вторых, нижняя часть стержня освобождается от поля рассеяния, и индуктивное сопротивление Хст уменьшается по сравнению с сопротивлениями стержня Rст0 и Хст0 при равномерном распределении тока по сечению. Пусковые характеристики глубокопазного двигателя лучше, чем двигателя нормального исполнения, но уступают пусковым характеристикам двухклеточного двигателя. На рисунке 6 приведена механическая характеристика 1 глубокопазного двигателя и зависимость пускового тока от скольжения (линия 2). Для сравнения показана механическая характеристика 3 двигателя нормального исполнения. По мере увеличения скорости вращения ротора активное сопротивление обмотки уменьшается, и распределение тока становится более равномерным.

Рисунок 6—Механические характеристики глубокопазного двигателя

При нормальной скорости вращения, когда частота тока в роторе мала, вытеснение тока прекращается, и двигатель с глубоким пазом практически приобретает свойства обыкновенного двигателя нормального исполнения.

Вследствие относительно большого индуктивного сопротивления ротора глубокопазный двигатель имеет меньший и меньшую перегрузочную способность, чем двигатель нормального исполнения.

К. п. д. глубокопазного двигателя практически такой же, как и двигателя нормального исполнения. В целом рабочие характеристики глубокопазного двигателя несколько хуже, чем двигатели нормального исполнения; таким образом, улучшение пусковых характеристик глубокопазного двигателя приобретается за счет некоторого, впрочем, небольшого ухудшения его рабочих характеристик.

В конструктивном отношении стержни обмотки ротора глубокопазного двигателя могут иметь различную форму. Широко применяется стержень прямоугольной формы, показанный на рисунке 4, а. Но при пуске двигателя в ход в высоких стержнях обмотки ротора могут возникнуть недопустимые термические напряжения, в особенности в машинах с большой скоростью вращения.

Большая надежность ротора может быть обеспечена применением стержней так называемого бутылочного профиля (рисунок 8, а) или же трапецеидального (рисунок 8, б).

б)

Рисунок 8—Профиль проводников обмотки ротора:

а — бутылочный; б — трапецеидальный

При этих формах сечения можно получить необходимое увеличение активного сопротивления обмотки ротора при меньшей глубине паза. Роторы с такими стержнями позволяют значительно улучшить пусковые свойства двигателей и проще в изготовлении по сравнению с двухклеточными роторами вследствие облегчения пайки стержней к короткозамыкающим кольцам.

АД с беличьей клеткой:

Пусковая клетка изготавливается из материала с большим удельным сопротивлением - бронзы, а рабочая с меньшим удельным сопротивлением - меди. Иммеются ввиду активные сопротивления. Нижние слои рабочей клетки сцепляются с большим числом силовых линий, чем верхние, а пусковая клетка сцепляется с очень малым числом силовых линий.

В первоначальный момент пуска в роторе частота, равная f2=f1*S, наибольшая, равная частоте сети f2=f1 , поэтому индуктивное сопротивление нижних слоев рабочей клетки - наибольшее, а верхних слоев - наименьшее. Индуктивное сопротивление пусковой клетки примерно равно 0, поэтому в первоначальный момент пуска весь ток протекает по пусковой клетке, первоначальный пусковой момент развивается пусковой клеткой. Этот момент имеет высокое значение из-за того, что активное сопротивление пусковой клетки значительно больше реактивного. По мере разгона двигателя S уменьшается в пределах от 1 до 0, индуктивное сопротивление обмоток уменьшается и при полном разгоне двигателя индуктивное сопротивление слоев нижней клетки приближается к 0. Токи в клетках распределяются обратно -пропорционально активному сопротивлению, но т.к. активное сопротивление рабочей клетки намного меньше пусковой, то в рабочем движении весь ток протекает по нижней клетке.

АД с глубоким пазом:

В первоначальный момент времени весь ток вытесняется на поверхность ротора и сосредотачивается на незначительной площади по сравнению с площадью всего паза. При этом активное сопротивление обмотки ротора возрастает и увеличивается пусковой момент. По мере разгона двигателя весь ток рассредоточивается по всей площади паза и в рабочем режиме ток протекает по всей площади паза. Такой паз более прост в изготовлении, т.к. по всей высоте паза применяется один материал.

Кратность пусковых токов для обоих видов пазов составляет Iп/Iн = 3,5 - 5,6.

Коэффициент мощности cos0,75. Величина воздушного зазора больше обычной.

АМ, применяемые в нефтяной и газовой промышленности

1 Погружные электродвигателя центробежных электронасосов для добычи нефти:

Эти АД выпускаются в настоящее время отечественной промышленностью на номинальные мощности от 28 до 125 кВт и относятся к серии ПЭД (погружные электродвигатели). Они предназначены для работы в нефтяных скважинах совместно с погружными центробежными электронасосами. В пазах каждого пакета железа ротора уложена отдельная короткозамкнутая беличья клетка, выполненная для создания большого электромагнитного момента из медных стержней. Между пакетами железа ротора устанавливаются подшипники из немагнитного материала, опирающиеся на немагнитные пакеты статора. Так как в лопостях центробежного насоса, опущенного вместе с ПЭД в скважину, всегда имеется определенная часть пластовой жидкости, то условия пуска ПЭД тяжелые, и он должен развивать достаточно высокий пусковой момент. Поэтому кратности пусковых моментов погружных двигателей имеют высокие значения (1,8 - 2,8), которые приближаются к значениям коэффициентов их перегрузочной способности.

2 Погружные двигатели электробуров:

Погружные двигатели электробуров по компоновке узлов статора и ротора в основном выполнены так же, как и рассмотренные выше ПЭД центробежных насосов для добычи нефти. При этом перегрузочная способность погружных двигателей электробуров имеет значение 1,57 - 2,11, кратность пусковых моментов составляет 0,47 - 2,06, а кратность пусковых токов 2,17 - 5,23.

3 Асинхронные двигатели буровых установок:

В БУ АД используются для привода буровых лебедок и роторных столов, буровых насосов и вспомогательных механизмов. В приводах буровых лебедок и роторных столов используются АД с фазным ротором серий АКБ и АКЗ. Двигатели серии АКБ - асинхронные, с контактными кольцами, брызгозащищенной конструкции, предохраняющей от попадания внутрь отвесно падающих капель. Двигатели серии АЗ и АКЗ - герметично закрытого исполнения с принудительной или самовентиляцией, предназначены для тяжелых условий работы.

Для привода вспомогательных механизмов применяются АД с короткозамкнутым ротором серии АОП, развивающие повышенный пусковой момент благодаря специальной конструкции пазов ротора. Двигатели серии АОП - закрытого обдуваемого исполнения.