Устройство и принцип работы.

В § 25-2 было выяснено, что для достижения хорошего к. п. д. асинхронные двигатели должны иметь малое скольжение (s_H «л; 0,02 -f- 0,05), в соответствии с чем активное сопротивление обмоток ротора г₂ у них должно быть достаточно мало. Однако, как было установлено там же, пусковой момент двигателя с таким сопротивлением обмотки ротора будет значительно меньше номинального. Это исключает возможность пуска таких двигателей с короткозамкнутым ротором под нагрузкой, а искажение кривой момента под воздействием высших гармоник поля может вызвать затруднения даже при пуске с небольшой нагрузкой. Для получения достаточного пускового момента необходимо увеличить г₂. Таким образом, возникает задача создания таких асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, у которых активное сопротивление обмотки ротора при пуске достаточно велико и уменьшается при-переходе к нормальному режиму работы. Эту задачу решают путем использования эффекта вытеснения тока в обмотке ротора, применяя обмотку специальной конструкции.

Одной из разновидностей таких двигателей являются двигатели с глубокими пазами на роторе (рис. 27-1, а) и высокими (30—60 мм) стержнями беличьей клетки. Вытеснение тока в стержнях клетки происходит в результате действия э. д. с, индуктируемых пазовыми потоками рассеяния Ф_а. Можно представить себе, что стержень (рис. 27-1, а) состоит из множества волокон, включенных параллельно. Нижние волокна охватываются большим, а верхние волокна — малым количеством линий потока Ф_о. При пуске, когда частота в роторе велика (/₂ = /_х), в нижних волокнах стержня индуктируется большая э. д. с. самоиндукции, чем в верхних, и> плотность тока распределяется по высоте проводника весьма неравномерно (рис. 27-1, б). Можно также сказать, что такое неравномерное распределение тока обусловлено тем, что нижние волокна стержня имеют большее индуктивное сопротивление, чем верхние. Таким образом, ток в стержне вытесняется по направлению к воздушному зазору, что в сущности и есть

проявление поверхностного эффекта в проводниках, утопленных в ферромагнитную среду.

Под влиянием вытеснения тока, или поверхностного эффекта, активное сопротивление стержня при пуске двигателя становится большим.

Несколько упрощенно можно представить себе, что при пуске работает только верхняя часть стержня и его рабочее сечение уменьшается. Одновременно при вытеснении тока уменьшается также индуктивное сопротивление рассеяния стержня, так как поток Ф_а в нижней части стержня вследствие уменьшения в ней тока ослабляется. В результате увеличения при пуске активного сопротивления стержня г_ст и уменьшения его сопротивления рассеяния лг_ост уменьшается угол сдвига фаз а|)₂ между э. д. с. стержня, индуктируемой "вращающимся полем, и током стержня, что и приводит к увеличению пускового момента.

По мере разбега двигателя при его пуске частота тока в роторе уменьшается и по достижении номинальной скорости вращения становится весьма малой равномерно по сечению стержня. Активное сопротивление стержня при этом становится малым, и двигатель работает с хорошим к. п. д.

Параметры беличьей клетки. Вытеснение тока практически происходит только в той части обмотки ротора, которая расположена в пазах. Поэтому выражения для активного сопротивления ротора г'_% и его индуктивного сопротивления рассеяния х'_а2 можно представить в виде

где r'_ia и x'ia — сопротивления пазовой части обмотки при равномерном распределении тока по сечению стержня; r'_is, x'_ix — сопротивления лобовых частей обмотки; k_r, k_x — коэффициенты, учитывающие изменение сопротивлений под влиянием вытеснения тока. Отметим, что величины х в выражениях (27-1) соответствуют частоте /_а = /х.

представляет собой так называемую эквивалентную глубину проникновения тока при поверхностном эффекте. Для приведения выражения (27-3) к виду, используемому на практике, введем в равенство (27-4) вместо удельной проводимости стержня у его удельное сопротивление р и учтем, что неполное заполнение паза по ширине проводником эквивалентно увеличению р в bjb раз (см. рис. 27-1). Подставив также

Графики k_r = ф (|) и ^ = / (|) представлены на рис. 27-2.

При I > 2 можно пренебречь тригонометрическими функциями по сравнению с гиперболическими в выражениях (27-2) и положить sh 2| «ch 2£. Тогда вместо (27-2) имеем

Рис. 27-2. Коэффициенты активного (k_r) и индуктивного (k_x) сопротивлений стержня глубокопазного двигателя

Зависимости (27-8) показаны на рис. 27-2 штриховыми линиями.

Из рис. 27-2 и соотношений (27-6) и (27-7) следует, что влияние вытеснения тока при /i = 50 гц и s = 1 у медных стержней начинает практически проявляться при h > 1,0 см и у алюминиевых стержней при h> 1,4 см. Активное сопротивление медных стержней при h — 5 см и /i = 50 гц во время пуска (s = 1) будет в k_r = 5 раз

больше, а сопротивление рассеяния стержня в \lk_x = 3,33 р"аза меньше, чем в рабочем режиме.

Геометрическое место токов и характеристики. Схема замещения глубокопазного двигателя имеет,обычный вид (см. рис. 24-6), и

следует лишь учесть, что вторичные сопротивления в соответствии с соотношениями (27-1) — (27-8) являются функциями скольжения s. Все необходимые расчеты (определение токов, вращающих моментов и т. д.) могут быть выполнены согласно схеме замещения и по соотношениям, приведенным в предыдущих главах. Так

как параметры ротора глубокопазного двигателя переменны, то геометрическое место его токов является не окружностью, а более сложной кривой (рис. 27-3). Однако участок этой кривой, соответствующий малым скольжениям (например, при медных стержнях

Рис. 27-3. Геометрическое место токов глубокопазного двигателя

с h = 5 см в области —0,05 < s < 0,05), с высокой точностью представляет собой дугу окружности. К. п. д. глубокопазных двигателей имеет такую же величину, как и к. п. д. двигателей с фазным или короткозамкнутым ротором без проявления вытеснения

тока. Однако cos q> глубокопазных двигателей на 0,02—0,04 меньше, так как обмотка ротора вследствие глубокого ее утопления в сердечнике имеет повышенное сопротивление рассеяния. В связи с этим кратность максимального момента глубокопазных двигателей также несколько меньше. В то же время у глубокопазных двигателей по сравнению с обычными двигателями кратность пускового момента больше, а кратность пускового тока меньше. Обычно у глубокопазных двигателей

На рис. 27-4 изображены характерные кривые моментов М = / (s) глубокопазного двигателя (кривая 2) и двигателя без явления вытеснения тока в обмотке ротора (кривая /).

Дата добавления: 2015-07-18