5.7 Устройство и принцип действия ад с двухклеточным и глубокопазным ротором

Устройство и принцип действия АД с двухклеточным ротором. Схема расположения стержней двух короткозамкнутых клеток ротора и их сечения приведены на рис.5.9. Верхняя, ближе расположенная к зазору клетка называется пусковой (индекс "П" в обозначениях сопротивлений и т.п.), а нижняя, далее отстоящая от зазора клетка называется рабочей (индекс "Р" в обозначениях сопротивлений и т.п.)

На МХ двухклеточного АД влияют следующие особенности:

1) Соотношение между активными сопротивлениями стержней клеток. Рабочая клетка состоит из стержней большого диаметра и имеет малое активное сопротивление R_РМ. Пусковая клетка состоит из стержней малого диаметра и имеет большое активное сопротивление R_ПБ.

2) Соотношение между индуктивностями рассеяния стержней ротора. С стержнем пусковой обмотки связано малое число линий магнитного поля рассеяния Ф_рПМ (линии полей рассеяния стержня ротора – это линии, не достигающие статора). Поэтому индуктивность рассеяния верхнего стержня представляет малую величину L_рПМ. С нижним, далеко отстоящем от статора стержнем рабочей обмотки связано большое число линий магнитного поля рассеяния Ф_рРБ. Поэтому индуктивность рассеяния нижнего стержня большая L_рРБ.

3) Изменение частоты тока в роторе в процессе разгона АД. В процессе разгона АД частота ω₂ тока в роторе изменяется от максимальной, равной сетевой ω₁, до малой частоты ω₂=sω₁, причем скольжение на рабочем участке МХ АД лежит в пределах от s_{ном.тах}=0,06 до 0. Налицо почти двадцатикратное снижение частоты ω₂ тока в роторе.

4) Клетки ротора включены между собой параллельно (рис.5.9, б). Это значит, что напряжения на стержнях обоих клеток совпадают, а токи I_П и I_Р в клетках распределяются обратно пропорционально их полным сопротивлениям z_П и z_Р:

(5.14)

Рисунок 5.9 – общий вид (а) и разрез паза (б) ротора двухклеточного АД: 1 и 2 – рабочая и пусковая клетки, 3 – короткозамыкающие кольца

При пуске, когда частота ω₂ тока в роторе максимальная и равна ω₁, когда индуктивные составляющие L_p полных сопротивлений z являются преобладающими, их активными сопротивлениями R можно пренебречь и распределение токов в обмотках согласно (3.6) будет следующим:

(5.15)

Значит, при пуске АД ток в роторе протекает преимущественно по верхней обмотке, которая и называется пусковой.

После завершения разгона и выхода на рабочий участок МХ частота ω₂ тока в роторе минимальная и равна (0...0,06)ω₁, индуктивные составляющие L_p полных сопротивлений z являются очень малыми, ими можно пренебречь и распределение токов в обмотках будет следующим:

(5.16)

Значит, в установившемся режиме работы АД ток в роторе протекает преимущественно по нижней обмотке, которая и называется рабочей.

Таким образом, в рассматриваемом двигателе ток в начальный момент пуска вытесняется в наружную пусковую клетку, а по окончании процесса пуска протекает по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает с высоким моментом. По этой причине двухклеточные АД называют двигателями с вытеснением тока в роторе.

Устройство и принцип действия с глубоким пазом ротора. Принцип действия этого двигателя основан также на явлении вытеснения тока. Беличья клетка выполнена из узких медных или алюминиевых стержней (рис.5.10), заложенных в глубокие пазы ротора, высота которых в 6...12 раз больше ширины. Такие стержни можно рассматривать как проводники, разделенные на большое число слоев. Из рис.5.10, б видно, что "нижние" слои проводников сцеплены с большей частью потока рассеяния Ф_р, чем "верхние", и имеют соответственно большую индуктивность.

Рисунок 5.10 – Общий вид (а), разрез паза (б) глубокопазного АД и разновидности пазов (в): 1 – стержни клетки, 2 – сердечник ротора

В начальный момент пуска при s=1 частота изменения тока в роторе большая и распределение тока по параллельным слоям определяется в основном их индуктивным сопротивлением. Поэтому при пуске происходит вытеснение тока в верхние слои, что равносильно увеличению активного сопротивления стержня. В результате происходит повышение пускового момента двигателя. При s≈s_ном частота тока в роторе мала (например, при f=50 Гц и s=0,02 частота f₂=1 Гц) и соответственно меньше его индуктивное сопротивление. Вытеснения тока в этом случае не происходит; распределение его проходит приблизительно равномерно по высоте стержня. Стрежни чаще всего выполняются бутылочной, колбообразной и трапециидальной формы с расширением внизу (рис.5.10, в). Поэтому в рабочем режиме ток ротора преимущественно протекает все-таки по нижней части стержня. Несмотря на несколько меньшую эффективность глубокопазного АД перед двухклеточным АД (в смысле увеличения пускового момента), глубокопазные АД производят чаще, так как проще технология изготовления ротора.