Вопросы и задания

1. Как с помощью уравнения механики вращательного движения можно судить об устойчивости работы нагруженного АД?

2. Как доказать устойчивость работы "в малом" на рабочем участке МХ АД?

3. Как доказать неустойчивость работы "в малом" на разгонном участке МХ АД?

4. Что такое устойчивость работы АД "в большом"?

2.11 Устройство и принцип действия ад

с двухклеточным и глубокопазным ротором

Основным недостатком рассмотренной ранее конструкции АД, у которого ротор состоит из стержней круглого сечения (рис.2.3), является малый пусковой момент М_П(рис.2.17). Это недостаток приводит к тому, что АД невозможно разогнать, если момент сопротивления нагрузки на разгонном участке МХ АД (рис.2.18) близок к номинальному. К нагрузкам с таким моментом сопротивления относят грузоподъемные устройства, компрессоры, конвейеры и др.

В настоящее время АД такой конструкции не изготавливаются, а изготавливаются АД с двухклеточным и глубокопазным ротором. В последних пусковой момент существенно выше и намного превышает номинальный момент. Поэтому привода с такими АД могут разогнаться при любой допустимой по моменту нагрузке и даже при пониженном на 10...15%напряжении питания АД, что часто и случается в судовых сетях с ограниченной мощностью электростанции.

Устройство и принцип действия АД с двухклеточным ротором.

Схема расположения стержней двух короткозамкнутых клеток ротора и их сечения приведены на рис.2.19. 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 сопротивлениеR_РМ. Пусковая клетка состоит из стержней малого диаметра и имеет большое активное сопротивлениеR_ПБ.

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

3). Изменение частоты тока в роторе в процессе разгона АД.В процессе разгона АД частотаω₂тока в роторе изменяется от максимальной, равной сетевойω₁, до малой частотыω₂=sω₁, определяемой по формуле (2.17), причем скольжение на рабочем участке МХ АД лежит в пределах отs_{ном.тах}=0,06до0. Налицо почти двадцатикратное снижение частотыω₂тока в роторе.

4). Клетки ротора включены между собой параллельно(рис.2.19,б). Это значит, что напряжения на стержнях обоих клеток совпадают, а токиI_ПиI_Рв клетках распределяются обратно пропорционально их полным сопротивлениямz_Пиz_Р:

(2.40)

При пуске, когда частота ω₂тока в роторе максимальная и равнаω₁, когда индуктивные составляющиеL_pполных сопротивленийzявляются преобладающими, их активными сопротивлениямиRможно пренебречь и распределение токов в обмотках согласно (2.40) будет следующим:

(2.41)

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 0частота ω₂тока в роторе минимальная и равна (0...0,06)ω₁, индуктивные составляющиеL_pполных сопротивленийzявляются очень малыми, ими можно пренебречь и распределение токов в обмотках согласно (2.40) будет следующим:

(2.42)

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.2.20), 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.2.20,б видно, что "нижние" слои проводников сцеплены с большей частью потока рассеяния Ф_р, чем "верхние", и имеют соответственно большую индуктивность.

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.2.20,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.