2.6. Асинхронные двигатели с вытеснением тока в обмотке

ротора

Для улучшения пусковых свойств АД применяют специальные конструкции роторов:

1. с глубокими пазами,

2. с двойной беличьей клеткой.

2.6.1. Глубокопазный асинхронный двигатель

Принцип действия глубокопазного АД основан на эффекте вытеснения тока в обмотке ротора. Для усиления этого эффекта обмотка ротора выполняется в виде беличьей клетки с узкими высокими стержнями, помещенными в глубокие пазы. Высота паза больше ширины в 6…12 раз и составляет 30…60 мм при ширине 2…5 мм (рис. 2.25).

Вытеснение тока в стержне обмотки обусловлено ЭДС, индуктируемой потоками пазового рассеяния .

Явление вытеснения тока наиболее сильно проявляется в начале пуска, когда и частота в роторе.

Для выяснения появления вытеснения тока удобно стержни обмотки ротора представить в виде ряда слоев (рис. 2.26).

Нижние слои обхватываются большим числом линий пазового потока рассеяния . Следовательно, в нижних слоях индуктируется большие значения ЭДС, что вызывает неравномерное распределение тока по сечению стержня. Индуктивное сопротивление нижних слоев будет больше, чем у верхних. Это вызывает увеличение тока в стержне по высоте в направлении открытия паза. Ток в стержне вытесняется к его верхней части. На этом основании, с некоторым приближением, можно считать, что при пуске стержень можно считать с отсутствующей нижней частью. Следовательно, вытеснение вызывает увеличение активного сопротивления ротора, что равноценно включению в цепь ротора активного сопротивления. Одновременно происходит уменьшение индуктивного сопротивления обмотки ротора ввиду смещения центра силовых линий потокак верху. По указанным причинам существенно увеличивается пусковой момент. В процессе пуска скольжение АД уменьшается и при установившемся режиме равно. При этом. При такой частоте явление вытеснения тока исчезает и ток распределяется равномерно по сечению стержня. Двигатель работает как обычный АД с несколько большим индуктивным сопротивлением.

Глубокопазный АД имеет следующие пусковые характеристики (рис.2.27):

; .

Параметры обмотки ротора глубокопазного АД можно записать в виде

, ,

где и– приведенные активное и индуктивное сопротивления ротора,

и – активное и индуктивное сопротивления пазовой части обмотки ротора при равномерном распределении тока по сечению стержня (т.е. при отсутствии вытеснения),

и – активное и индуктивное сопротивления лобовой части обмотки ротора,

–коэффициент увеличения активного сопротивления пазовой части,

–коэффициент уменьшения индуктивного сопротивления пазовой части.

Анализ дает следующие выражения

; ,

где ;– высота стержня;– глубина проникновения тока при поверхностном эффекте;– угловая частота ЭДС и тока в роторе;– удельная электропроводность.

Если заменить удельную электропроводность на удельное сопротивление, то будем иметь

.

Если принять Гц ивыразить в Ом·м при температуре 50⁰С , то это выражение для медных и алюминиевых стержней соответственно будут иметь вид: ,.

В расчетной практике используются построенные зависимости и. Если, тои.

Как было отмечено выше, геометрическим местом концов первичного тока является окружность лишь при условии постоянства параметров двигателя независимо от скольжения. В этом случае диаметр окружности в масштабе тока .

Так как в рассматриваемом случае параметры ротора изменяются, то для каждого значения скольжения будет своя окружность. Следовательно, геометрическое место токов глубокопазного АД оказывается не окружностью, а более сложной кривой (рис. 2.28). Однако, для режимов, близких к номинальному геометрическое место токов представляет собой дугу с диаметром.