16. Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми характеристиками. Глубокопазные двигатели.

Для получения АД с повышенным пусковым моментом и крутой характеристикой в области малых скольжений параметры двигателя должны быть переменными.

Основное влияние на механическую характеристику Мэ(s) оказывает активное сопротивление ротора. Желательно, чтобы при малом скольжении оно было не большим и увеличивалось бы с ростом скольжения. Этого можно достичь, используя эффект вытеснения тока, который проявляется в машине с достаточно узкими и глубокими пазами на роторе, а также в двигателе с двойной беличьей клеткой.

Для улучшения пусковых характеристик (сделать такой АД с короткозамкнутым ротором [КЗ ротор], у которого при пуске сопротивление будет большим, а при работе в номинальном режиме – небольшим) существует специальный тип двигателей: глубокопазный двигатель и двигатель с двойной « беличьей клеткой».

Глубокопазные двигатели.

(Комментарий к 5.9. в) \: 1,2 – плотность тока. Происходит за счёт замыкания магнитного потокосцепления. Концентрация потоков внизу намного больше, чем вверху)

Проводящий стержень углублён в ферромагнитном материале. При достаточной частоте тока проявляется поверхностный эффект (или эффект вытеснения тока к верхней части стержня). В установившемся режиме этого эффекта не будет (частота будет маленькой).

При пуске для увеличения МП (магнитного потока) сопротивление должно быть велико. В КЗ роторе ничего сделать нельзя, следовательно, КЗ ротор при пуске имеет небольшой МП. Может запускаться или при ХХ, или при небольшой нагрузке на валу.

Ψ2

В глубокопазных АД паз ротора и стержень клетки узкие, но высокие, рис. 2.5.3.

Все магнитные линии потока пазового рассеяния проходят под дном паза, где магнитная проницаемость стали значительно выше магнитной проницаемости материала, находящегося в пазу, и близкой к . Поэтому потокосцепление нижней части стержня, её индуктивность и сопротивление выше, чем у части, расположенной ближе к воздушному зазору. Распределение плотности тока по высоте стержня становится не одинаковым, и это различие увеличивается с ростом частоты тока в роторе. Так проявляется поверхностный эффект у проводника, утопленного в ферромагнитную среду — ток вытесняется в сторону среды с малой магнитной проницаемостью. Поскольку большая часть тока проходит через меньшую площадь, то величина активного сопротивления возрастает. В лобовых частях (кольцах), расположенных в воздухе, эффект вытеснения тока при промышленной частоте, практически, не проявляется. Поэтому активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния короткозамкнутого ротора можно представить в виде сумм постоянной и переменной составляющих, соответствующих лобовой и пазовой части:

- эквивалентная глубина проникновения тока при поверхностном эффекте

Тогда :

,где

b/b_п – ширина стержня/ паза

h- высота стержня

Если s=1, то

При

Если h = 5 см и f₁ = 50 Гц то во время пуска (s = 1) r₂ будет в 5 раз больше (k_r = 5), а будет в 3,33 раза меньше (k_x = 0,3).

Здесь пазовые сопротивления соответствуют равномерному, без вытеснения, распределению тока по высоте стержня, а к_r и к_x — коэффициенты увеличения сопротивлений из-за вытеснения тока. В пазовое рассеяние можно включить также рассеяние скоса и дифференциальное.

Наиболее резко эффект вытеснения тока у глубокопазных АД проявляется при пуске, что ведёт к повышению расчётного критического скольжения и реального пускового момента. По мере разгона уменьшается частота тока в роторе, распределение плотности тока по высоте стержня становится все более равномерным и двигатель переходит на «другие» механические характеристики с меньшим критическим скольжением. В области номинального скольжения эффект вытеснения тока не проявляется, сопротивление ротора становится минимальным, а крутизна механической характеристики в этой зоне наибольшей. Обычно у глубокопазных двигателей k_п =1,0 — 1,4, а k_пi= 4,5 – 6,0.