книги из ГПНТБ / Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока

Сечение короткозамыкающего кольца нижней клетки

qR= (0,25-=-’0,3) qcZ2/p,

где qc — сечение нижнего стержня.

Плотность тока в короткозамыкающем кольце ниж­ ней «летки /я = 3-И5 А/мм2 (большие значения у более быстроходных машин).

Сечение короткозамыкающего кольца верхней клетки

для уменьшения температурных напряжений. Сечение короткозамыкающего кольца верхней клетки приблизи­ тельно равно сечению нижнего кольца или на 10—15% меньше. Плотность тока в кольце в номинальном режи­ ме /яв=1ч-,2 А/мм2, при пуске в 15—20 раз больше. Для уменьшения индуктивного сопротивления роторной об­ мотки стержни располагают в пазах со шлицами. Шлиц верхней клетки обычно имеет размеры 2X2 или 3X3 мм.

Верхний и нижний стержни разделяют шлиц, разме­ рами которого можно в некоторой степени влиять на величину пускового тока. Для снижения пускового тока высоту шлица берут в 3—2,5 раза больше, чем ширину. Обычно размеры шлица 5X2 мм.

Характеристики двигателя (токи в обмотках, к. п. д., скольжение, cos ср, момент на валу) могут быть опреде­ лены аналитически из схемы замещения или графически из круговой диаграммы, построенной на основании сх$-

40

МЫ ЗаМещеППя. В том и другом случае необходимо ЗИаТЬ

параметры (активные и индуктивные сопротивления) статорной и роторной обмоток, приведенные к обмотке

кой.

статора. На-рис. 5-2,а приведена схема замещения асин­ хронного двигателя с двойной беличьей клеткой, а на рис. 5-3 —круговая диаграмма.

Параметры. Параметры статора рассчитываются, как указано в гл. 4. В схеме замещения верхняя и нижчяя клетки ротора электрически соединены параллельно. Если обозначить отношение сопротивлений нижней и верхней клеток через а, то активное сопротивление ро­ тора, приведенное к обмотке статора, в схеме замещения

где г"н —приведенное активное сопротивление нижней клетки по (4-15) и (4-18); а='Гн/гв.

Индуктивные сопротивления верхней и нижней кле­ ток рассчитываются по (4-16). Поток рассеяния верхней клетки при наличии шлица между клетками является в основном потоком взаимной индукции с нижней клет­ кой, так как линии рассеяния стремятся замкнуться по стали. На рис. 5-2 х"п— индуктивное сопротивление верхней клетки; х"н— индуктивное сопротивление рас­ сеяния нижней клетки.

41

Проводимость потока рассеяния верхней клетки

2Яв.К ~ Яп + Як+ ЯЛ,

где Яп— проводимость рассеяния круглого паза со шли­ цом высотой hs и шириной bs:

Як — проводимость рассеяния по «коронкам зубцов»:

Ял —проводимость короткозамыкающего кольца и лобо­ вых частей стержней обмотки:

Проводимость рассеяния нижней клетки

2 Ян.к —Яп + Ял,

где Яп и Ял — рассчитываются аналогично (5-1) и (5-3). Теоретический анализ схемы замещения (Л. 4] пока­ зывает, что при малых скольжениях эквивалентное ин­

дуктивное сопротивление ротора

где x"f — индуктивное сопротивление нижней клетки, отнесенное к полному току ротора:

=(1 +Гн/Гв). = = ' ( 1 + ”)*'•

При малых скольжениях (s^0,2-r-0,3) двигатель эквивалентен одноклеточному, имеющему сопротивления ротора г'г и x"2 =x"B + x"f. Ток ротора при изменении скольжения описывает окружность, диаметр которой

42

В рабочем режиме все характеристики двигателя

Круг Ка характеризует некий фиктивный (так назы­ ваемый исходный) двигатель, у которого индуктивное сопротивление ротора равно индуктивному сопротивле­ нию верхней клетки, а активное — активному сопротив­ лению реального рассматриваемого двигателя. Центр пускового круга лежит на прямой, соединяющей центр круга исходного двигателя с точкой s = l на этом круге. Положение точки s = l реального двухклеточного двига­ теля находится построением вспомогательной окружно­ сти Кх, центр которой расположен на касательной к окружности Ка в точке короткого замыкания исход­ ного двигателя (s= l). Вспомогательная окружность пересекает круг Ка в точке В, для которой активное со­ противление двигателя равно r'l + r'^, т. е. активное

сопротивление ротора равно сопротивлению верхней клетки.

5-2. ДВИГАТЕЛЬ С ПАЗАМИ КОЛБОВИДНОГО ПРОФИЛЯ

В асинхронных двигателях с глубокими пазами ро­ тора используется эффект вытеснения тока для получе­ ния высокого пускового момента. Как известно, коэффи­ циенты увеличения активного сопротивления проводни­ ка kr и уменьшения его индуктивного сопротивления kx зависят от так называемой приведенной высоты провод­ ника:

43

Для стержня колбовидного сечения коэффициенты kr и kx могут быть рассчитаны по формулам в [Л. 8 ]:

а и h — размеры прямоугольной части стержня, см; дч— площадь сечения круглой части стержня, см2.

Для наиболее употребительных размеров стержней

г"R— приведенное сопротивление кольца.

Проводимость рассеяния паза колбовидного профиля может быть определена по [Л. 8 ] (см. рис. 5-4)

44

Проводимость рассеяния лобовых частей и по корон­ кам зубцов определяется по (5-3) и (5-2). Эффект вы­ теснения тока проявляется в уменьшении проводимости

Рис. 5-4. Коэффициенты kr и kx для расчета активного и индуктивного сопротивлений стержня колбовидного профиля.

рассеяния паза, которое выражается через коэффициент kx, меньший единицы:

Индуктивное сопротивление части обмотки, лежащей в сердечнике, зависящее от эффекта вытеснения тока,

Рие. 5-5. Схема замещения двигателя е глубо­ ким пазом.

45

На рис. 5-5 представлена схема замещения асин­ хронного двигателя с глубоким пазом, а на рис. 5-6 его круговая диаграмма. На схеме намагничивающий кон­ тур вынесен на зажимы, т. е.

Хт — х^ + х, = £/ф//0.

Активное и индуктивное сопротивления частей об­ мотки ротора, не зависящие от эффекта вытеснения тока, выделены на схеме [х"2—х"2п и (г"2—г"2п)Is],

Приведенный ток ротора

ft! .._______________________________ Ujb_______________________________

2 ~ Г , + / (* ,+ * " ,- х " ,* ) + i x " 2akx]+ [ r " ^ k r+ ( r " , - r " n ) \ / s •

При малых скольжениях эффект вытеснения тока отсутствует и ток ротора описывает круг, диаметр кото-

Кч

Рис. 5-6. Круговая диаграмма двигателя с глу­ боким пазом.

46

Глава шестая

АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ СКОРОСТЬЮ

6-1. ДВУХСКОРОСТНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

На электростанциях с мощными энергоблоками для удешевления строительства и сокращения расходов на собственные нужды устанавливают циркуляционные на­ сосы, у которых в зимний и летний периоды напоры значительно различаются. Для этих насосов необходимы двухскоростные двигатели, что не только повышает эко­ номичность насосного агрегата, но в некоторых случаях является единственной возможностью обеспечить бескавитационную работу насоса. В двухскоростных двига­ телях для насосов скорости обычно отличаются на 15— 25%, а мощности при разных скоростях—приблизи­ тельно вдвое.

Двухскоростные асинхронные двигатели имеют ко­ роткозамкнутый ротор, как у обычного двигателя. Для получения двух скоростей вращения у мощного высоко­ вольтного двигателя на статоре размещают две незави­ симые обмотки, каждая на свое число полюсов. Это наиболее распространенное и наиболее простое кон­ структивное исполнение статора двухскоростного двига­ теля, но оно вызывает значительное увеличение габари­ та машины, так как при включении на данную скорость половина паза не используется.

Масса двухскоростного двигателя с двумя статорны­ ми обмотками в сравнении с массой односкоростного на ту же основную мощность и частоту вращения уве­ личивается на 30—50% (в зависимости от соотношения частот вращения и мощностей двухскоростного двига­ теля) .

В связи с тем, что в вертикальном двигателе масса статора и ротора составляет только 65—70% общей мас­ сы, при увеличении активных размеров общая масса увеличивается в меььшей степени, чем активные разме­

48

Для модельной мощности Рм определяются основные размеры двигателя по машинной постоянной Арнольда.

Магнитные нагрузки двухскоростного двигателя вы­ бираются несколько меньшими (приблизительно на 1 0 %), чем у обычного двигателя, для снижения влияния насы­ щения и связанных с ним добавочных потерь и усилий.

Энергетические показатели (к. и. д. cos ф) двигателя с двумя обмотками при обеих скоростях вращения на­ ходятся на том же уровне, что п у односкоростного дви­ гателя, выполненного на ту же (большую) частоту вра­ щения и на ту же мощность. При сравнении следует рассматривать номинальный режим работы односкорост­ ного двигателя и режим при пониженной мощности, соответствующей меньшей частоте вращения двухскэростного двигателя.

Возможно также исполнение двухскоростного двига­ теля с одной обмоткой на статоре и переключением катушечных групп. При этом получается сложная схема и требуется специальный высоковольтный переключа­ тель. Обмотка при меньшей скорости имеет 120°-ную фазовую зону, что дает низкий обмоточный коэффициент и ухудшает использование машины. Можно уменьшить требуемое количество выводов от обмотки и упростить схему, если применить обмотку, выполненную с так на­ зываемой полюсно-амплитудной модуляцией (ПАМ). У такой обмотки фаза состоит из двух частей, в которые соединяются катушки, имеющие определенные фазовые углы для поля с 2 р полюсами, так что амплитуда н. с. гармоники, имеющей 2 р полюсов, значительно больше других гармонических. Если переключить эти две части фазы (например, вместо последовательного соединения включить их параллельно и встречно) в результирующей н. с. трех фаз максимальной становится амплитуда н. с. ■гармоники 2pi полюсов.

Катушки могут быть разновитковыми; при переклю­ чениях несколько определенным образом расположен­ ных катушек могут обесточиваться. Обмотка на одной из частот вращения имеет низкий обмоточный коэффи­ циент и после модуляции- в кривой н. с. содержатся зна­ чительные по величине пространственные гармонические.

Применение одной обмотки вместо двух позволяет уменьшить массу двигателя на 15—20%, а массу обмот­ ки статора—почти вдвое. При этом энергетические по­ казатели двигателя при небольшой разнице частот