Меню

Эффект вытеснения тока в асинхронной машине

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Эффект — вытеснение — ток

Эффект вытеснения тока в проводнике, помещенном в паз П — об-разного магнитопровода ( рис. 1.9 6), широко используется в индукционном нагреве для концентрации поля в более узкой полосе и повышения энергетических параметров коротких индукторов. [2]

Эффект вытеснения тока наблюдается также в высокочастотных R — и С-ячейках. [4]

Эффект вытеснения тока в каждом из стержней и влияние насыщения полями рассеяния на параметры ротора учитывают так же, как и для роторов с общими замыкающими кольцами. [5]

Вследствие эффекта вытеснения тока он неравномерно распределяется по сечению образца. [6]

Действие эффекта вытеснения тока проявляется в большей степени при большей частоте тока, поэтому в двигательном режиме наибольшая неравномерность распределения плотности тока по сечению стержня наблюдается при s I, когда / 2 / ь При этом же скольжении будет и наибольшее эквивалентное сопротивление обмотки ротора, вызывающее увеличение пускового момента. При разгоне двигателя частота тока в роторе уменьшается if г fis) и соответственно уменьшается сопротивление обмотки. В режимах, близких к номинальному, частота тока в роторе мала, эффект вытеснения тока практически не проявляется и плотность тока одинакова по всему сечению стержней ротора. [7]

Достаточно строго эффект вытеснения тока может быть учтен несколькими демпферными контурами по каждой оси; соответственно увеличивается число уравнений типа ( 1 — 36) и ( 1 — 38) и число слагаемых в алгебраических уравнениях для нотокосцеплений. Параметры этих демпферных контуров можно выяснить в результате специальных опытов, в которых определяются частотные характеристики машины. [8]

Для уменьшения эффекта вытеснения тока в проводниках обмотки якоря, вращающегося в магнитном поле, принимается высота элементарного проводника не более 4 мм при / 100 Гц, 7 мм при / — 50 Гц, 10 мм при / 25 Гц. В этом случае допускается разделить эффективный проводник по высоте на два элементарных проводника, каждый из которых имеет высоту, не превышающую допустимый размер по высоте для данной частоты. [9]

Для уменьшения эффекта вытеснения тока в проводниках обмотки якоря, вращающегося в магнитном поле, принимается высота элементарного проводника не более 4 мм при / 100 Гц, 7 мм при / 50 Гц, 10 мм при / 25 Гц. В этом случае допускается разделить эффективный проводник по высоте на два элементарных проводника, каждый из которых имеет высоту, не превышающую допустимый размер по высоте для данной частоты. [10]

В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках корот-козамкнутых роторов играет положительную роль, так как увеличивает начальные моменты двигателей. Это широко используют при проектировании асинхронных машин, выполняя роторы с глубокими прямоугольными или фигурными пазами или с двойной беличьей клеткой, в которых эффект вытеснения тока проявляется особенно сильно. Однако неравномерное распределение плотности тока по сечению стержня ротора может привести и к нежелательным последствиям. Например, при неудачно выбранных размерных соотношениях стержней чрезмерно возрастающая в пусковых режимах плотность тока в их верхних участках может вызвать неравномерное тепловое удлинение стержней и их изгиб. При этом стержни разрывают усики пазов и выгибаются в воздушный зазор, что неизбежно приводит к выходу двигателя из строя. В связи с этим правильный учет влияния эффекта вытеснения тока является необходимым при проектировании асинхронных машин с короткозамкну-тыми роторами. [11]

В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках корот-козамкнутых роторов играет положительную роль, увеличивая начальные моменты двигателей. Это широко используют при проектировании асинхронных машин, выполняя роторы с глубокими прямоугольными или фигурными пазами или с двойной беличьей клеткой, в которых эффект вытеснения тока проявляется особенно сильно. Однако неравномерное распределение плотности тока по сечению стержня ротора может привести и к нежелательным последствиям. Например, при неудачно выбранных размерных соотношениях стержней чрезмерно возрастающая в пусковых режимах плотность тока в их верхних участках может вызвать неравномерное тепловое удлинение стержней и их изгиб. При этом стержни разрывают усики пазов и выгибаются в воздушный зазор, что неизбежно приводит к выходу двигателя из строя. В связи с этим правильный учет влияния эффекта вытеснения тока является необходимым при проектировании асинхронных машин с короткозамкнутыми роторами. [12]

В большинстве случаев эффект вытеснения тока в обмотках ко-роткозамкнутых роторов играет положительную роль, так как увеличивает начальные моменты двигателей. Это широко используют при проектировании асинхронных машин, выполняя роторы с глубокими прямоугольными или фигурными пазами или с двойной беличьей клеткой, в которых эффект вытеснения тока проявляется особенно сильно. Однако неравномерное распределение плотности тока по сечению стержня ротора может привести и к нежелательным последствиям. Например, при неудачно выбранных размерных соотношениях стержней чрезмерно возрастающая в пусковых режимах плотность тока в их верхних участках может вызвать неравномерное тепловое удлинение стержней и их изгиб. При этом стержни разрывают усики пазов и выгибаются в воздушный зазор, что неизбежно приводит к выходу двигателя из строя. [13]

Чтобы уменьшить влияние эффекта вытеснения тока на равномерность распределения плотности тока в каждом из проводников, их располагают в пазу плашмя, широкой стороной сечения параллельно дну паза. [14]

Источник

Скин-эффект в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором

Рубрика: Технические науки

Статья просмотрена: 1229 раз

Библиографическое описание:

Курнышев, Б. С. Скин-эффект в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором / Б. С. Курнышев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2012. — № 8 (43). — С. 26-28. — URL: https://moluch.ru/archive/43/5244/ (дата обращения: 27.04.2021).

В процессе работы короткозамкнутого асинхронного двигателя (АД) скольжение может изменяться. При скольжении, не равном нулю, в большей или меньшей степени возникает эффект вытеснения тока в стержнях ротора. В электротехнике расчет этого эффекта осуществляют путём введения на переменном токе понятия «эффективное сечение». Это понятие предполагает, что эквивалентное активное сопротивление стержней увеличивается с повышением частоты тока ротора. Однако увеличение эквивалентного активного сопротивления  это не единственное проявление эффекта вытеснения тока. Важнее то обстоятельство, что фаза вектора плотности тока перераспределяется по сечению стержней в зависимости от частоты. Поэтому динамические математические модели АД, не учитывающие перераспределение фазы вектора плотности тока, могут в расчётах привести (и приводят) к значительным ошибкам. Кроме того, такие модели, положенные в основу построения систем управления, наблюдателей, идентификаторов состояния и параметров, ограничивают диапазон регулирования скорости асинхронных электроприводов.

В данной статье поставлена задача более детального математического описания эффекта вытеснения тока в стержнях ротора короткозамкнутого (АД)  с учётом перераспределения вектора плотности тока по сечению стержней ротора. Решение поставленной задачи достигнуто на основе тензорного анализа электромагнитных процессов в рамках теории электрических цепей с сосредоточенными параметрами.

Пусть активное сопротивление каждого стержня, измеренное на постоянном токе (по закону Ома), равно , а число стержней в роторе  . Тогда эквивалентное сопротивление всех стержней, включенных параллельно в короткозамкнутом роторе, на постоянном токе будет равно .

Мысленно разделим сечение каждого стержня на большое число ( ) тонких проводников. Пусть (для упрощения анализа) активное сопротивление всех тонких проводников будет одинаковым. Тогда активное сопротивление каждого тонкого проводника на постоянном токе будет равно . При достаточно большом значении эффектом вытеснения тока в тонких проводниках можно пренебречь. Но, что важно, в тонких проводниках не только сила тока, но и фаза вектора плотности тока будут различаться.

Читайте также:  Какая величина опасного напряжения переменного тока

Электромагнитные процесы в роторе могут быть представлены теперь (с учётом разбиения стержней ротора на тонкие проводники) следующей системой высокого порядка однотипных уравнений:

где  общее число тонких проводников во всех стержнях ротора,  потокосцепления тонких проводников;  сила тока в тонких проводниках. В (1) сопротивление тонких проводников, равное , может зависеть от материала, температуры, площади сечения (от ), но, главное, это сопротивление не будет зависеть от частоты, а будет определяться, как обычно, на постоянном токе (по закону Ома).

Для тензорного анализа электромагнитных процессов введем в -мерном дифференциально-геометрическом многообразии систему локальных базисных векторов:

где  в общем случае произвольные координаты. Теперь умножим первое уравнение в (1) на , второе уравнение умножим на и т.д. Последнее уравнение в (1) умножим на . В результате получим систему из уравнений:

Заметим, что в системе (3) и рассматриваются уже как функции точки (подобно векторам напряжённости и индукции электрического поля, векторам напряжённости и индукции магнитного поля в электродинамике), а не просто как переменные состояния, то есть вводятся функциональные зависимости переменных от координат:

Далее все левые части в (3) сложим:

в (6) с точки зрения тензорного анализа можно представить абсолютным вектором (векторным полем):

Но, вместе с тем, нельзя то же самое сделать с суммой

и, тем самым, ввести в уравнение (6) (по аналогии с (8)) абсолютный вектор потокосцепления

потому что векторы (2) локального базиса нельзя в общем случае внести под знак производных, так как эти векторы зависят от координат, а координаты в общем случае зависят от времени, то есть, вообще говоря,

В подобных случаях в тензорном анализе вводят понятие ковариантного дифференцирования. Рассмотрим это понятие в рамках данного подхода.

Продифференцируем (10) по обычным правилам дифференцирования производных от произведения функций:

Поскольку в (12) по индексу осуществляется суммирование, то этот индекс во втором слагаемом правой части можно (это удобно для дальнейших преобразований) заменить на любой другой, например, на :

В (13) появились дифференциалы локалных базисных векторов ( ). Эти дифференциалы, как известно из обычного анализа, можно выразить через частные производные:

Вместе с тем, согласно тензорному анализу, частные производные могут быть представлены в следующем виде:

где  коэффициенты связности (то есть трёхиндексные символы Кристоффеля второго рода).

Подставим (15) в (14). Тогда

Теперь подставим (16) в (13):

Кроме того, разделим левую и правую части (17) на дифференциал времени:

Подставим (19) и (8) в (6). В результате получим следующее уравнение:

Чтобы избавиться от производных от координатам, и, тем самым, упростить полученное уравнение, произведём суммирование в (20) по индексу . Тогда уравнение примет следующий более простой вид

По смыслу всего изложенного слагаемые

в (20) и (21), соответственно, являются математическим выражением физического процесса вытеснения тока в стержнях ротора. Это значит, что нелинейный электромагнитный процесс вытеснения тока математически может быть представлен в многомерном пространстве с кривизной (в дифференциально-геометрическом многообразии  по терминологии тензорного анализа).

Если все и, соответственно, все равны нулю, то это значит, что частота тока ротора АД стремиться к нулю, вытеснение тока в стержнях ротора отсутствует, а уравнения (20) и (21) принимают один и тот же вид:

Равенство нулю всех и означает, что -мерное пространство является плоским (то есть без кривизны). Поэтому локальные базисные векторы в плоском пространстве не зависят от координат , как и векторы и . Это значит, что в пространстве измерений можно ввести подпространство двух измерений и ортогональную двухмерную систему координат. Тогда уравнение (25) превращается в обычную систему, состоящую из двух уравнений:

где  компоненты вектора потокосцепления ротора в ортогональной системе координат ;  компоненты вектора тока ротора в той же системе координат;  сопротивление статора. Таким образом, в данном подходе принцип соответствия соблюдается: уравнения более общей теории преобразуются в уравнения частной теории, если допущения частной теории применить к уравнениям более общей теории.

Векторы и в уравнении (21) тоже можно спроецировать на двухмерное ортогональное подпространство. В этом случае каждый из этих векторов будет иметь по две компоненты, а будет содержать четыре компоненты. Система уравнений для ротора примет в этом случае следующий вид:

где  компоненты вектора потокосцепления ротора в ортогональной системе координат;  компоненты вектора тока ротора в той же системе координат;  компоненты, значения которых зависят в основном от эффективного сечения стержней и от температуры ротора;  компоненты, численные значения которых определяются изменением фазы вектора плотности тока ротора. Значения всех четырех компонент можно принимать в первом приближении линейными функциями скольжения.

В настоящее время основной математической моделью, применяемой на практике, является модель Парка. Однако эта модель справедлива только при постоянных параметрах двигателя. Причём в этой модели не учитывается эффект вытеснения тока в стержнях ротора. Существуют другие математические модели, описывающие электромагнитные процессы в АД, в том числе и скин-эффект, но они, как правило, недостаточно обоснованы с теоретической точки зрения, а являются чисто инженерными решениями.

В данной статье предложена структура уравнений (27) электромагнитных процессов в роторе АД, обоснованная строго математически. Эта модель была неоднократно проверена методом математического моделирования и экспериментально, в том числе в системе векторного управления асинхронным электроприводом. Тип двигателя в экспериментальной установке  4А112МА6У3; мощность  3 кВт; параметры двигателя: активное сопротивление статора  2,16 Ом; активное сопротивление ротора  1,75 Ом; индуктивность статора  0,186 Гн; индуктивность ротора  0,189 Гн; индуктивность намагничивающего контура  0,18 Гн; момент инерции ротора  0,017 кг  м 2 ; число пар полюсов  3.

Источник

Пуск асинхронного двигателя

Пусковые свойства двигателей.

При пуске ротор двигателя, преодолевая момент нагрузки и момент инерции, разгоняется от частоты вращения п = 0 до п . Скольжение при этом меняется от sп = 1 до s. При пуске должны выполняться два основных требования: вращающий момент должен бить больше момента сопротивления (Мвр>Мс) и пусковой ток Iп должен быть по возможности небольшим.

В зависимости от конструкции ротора (короткозамкнутый или фазный), мощности двигателя, характера нагрузки возможны различные способы пуска: прямой пуск, пуск с использованием дополнительных сопротивлений, пуск при пониженном напряжении и др. Ниже различные способы пуска рассматриваются более подробно.

Прямой пуск.

Пуск двигателя непосредственным включением на напряжение сети обмотки статора называется прямым пуском. Схема прямого пуска приведена на рис. 3.22. При включении рубильника в первый момент скольжение s = l, а приведенный ток в роторе и равный ему ток статора

Читайте также:  Что такое конвектор тока

максимальны (см.п.3.19 при s=1). По мере разгона ротора скольжение уменьшается и поэтому в конце пуска ток значительно меньше, чем в первый момент. В серийных двигателях при прямом пуске кратность пускового тока kI = IП / I1НОМ = ( 5,…,7), причем большее значение относится к двигателям большей мощности.

Значение пускового момента находится из (3.23) при s = 1:

Из рис. 3.18 видно, что пусковой момент близок к номинальному и значительно меньше критического. Для серийных двигателей кратность пускового момента МП/ МНОМ = (1.0,…,1.8).

Приведенные данные показывают, что при прямом пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться.

С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).

Пуск двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

Улучшение пусковых свойств асинхронных двигателей достигается использованием эффекта вытеснения тока в роторе за счет специальной конструкции беличьей клетки. Эффект вытеснения тока состоит в следующем: потокосцепление и индуктивное сопротивление X2 проводников в пазу ротора тем выше, чем ближе ко дну паза они расположены (рис.3.23). Также X2 прямо пропорционально частоте тока ротора.

Следовательно, при пуске двигателя, когда s=1 и f2 = f1 = 50 Гц , индуктивное сопротивление X2 = max и под влиянием этого ток вытесняется в наружный слой паза. Плотность тока j по координате h распределяется по кривой, показанной на рис.3.24. В результате ток в основном проходит по наружному сечению проводника, т.е. по значительно меньшему сечению стержня, и, следовательно, активное сопротивление обмотки ротора R2 намного больше, чем при нормальной работе. За счет этого уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент МП (см. (3.37), (3.38) ).

По мере разгона двигателя скольжение и частота тока ротора падает и к концу пуска достигает 1 – 4 Гц. При такой частоте индуктивное сопротивление мало и ток распределяется равномерно по всему сечению проводника. При сильно выраженном эффекте вытеснения тока становится возможным прямой пуск при меньших бросках тока и больших пусковых моментах.

К двигателям с улучшенными пусковыми свойствами относятся двигатели, имеющие роторы с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и некоторые другие.

Двигатели с глубокими пазами.

Как показано на рис.3.25, паз ротора выполнен в виде узкой щели, глубина которой примерно в 10 раз больше, чем ее ширина. В эти пазы-щели укладывается обмотка в виде узких медных полос. Распределение магнитного потока показывает, что индуктивность и индуктивное сопротивление в нижней части проводника значительно больше, чем в верхней части.

Поэтому при пуске ток вытесняется в верхнюю часть стержня и активное сопротивление значительно увеличивается. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается, и плотность тока по сечению становится почти одинаковой.

В целях увеличения эффекта вытеснения тока глубокие пазы выполняются не только в виде щели, но и трапецеидальной формы. В этом случае глубина паза несколько меньше, чем при прямоугольной форме.

Двигатели с двойной клеткой.

В таких двигателях обмотки ротора выполняются в виде двух клеток (рис.3.26): во внешних пазах 1 размещается обмотка из латунных проводников, во внутренних 2 – обмотка из медных проводников.

Таким образом, внешняя обмотка имеет большее активное сопротивление, чем внутренняя. При пуске внешняя обмотка сцепляется с очень слабым магнитным потоком, а внутренняя – сравнительно сильным полем. В результате ток вытесняется во внешнюю клетку, а во внутренней тока почти нет.

По мере разгона двигателя ток из внешней клетки переходит во внутреннюю и при s =sНОМ протекает в основном по внутренней клетке. Ток во внешней клетке при этом сравнительно небольшой.

Результирующий пусковой момент, складывающийся из моментов от двух клеток, значительно больше, чем у двигателей нормальной конструкции, и несколько больше, чем у двигателей с глубоким пазом. Однако следует иметь в виду, что стоимость двигателей с двойной клеткой ротора выше.

Пуск переключением обмотки статора.

Если при нормальной работе двигателя фазы статора соединены в треугольник, то, как показано на рис.3.27, при пуске первоначально они соединяются в звезду.

Для этого сначала включается выключатель Q, а затем переключатель S ставится в нижнее положение Пуск. В таком положении концы фаз Х, Y, Z соединены между собой, т.е. фазы соединены звездой. При этом напряжение на фазе в √3 раз меньше линейного.

В результате линейный ток при пуске в 3 раза меньше, чем при соединении треугольником. При разгоне ротора в конце пуска переключатель S переводится в верхнее положение и, как видно из рис. 3.27, фазы статора пересоединяются в треугольник.

Недостатком этого способа является то, что пусковой момент также уменьшается в 3 раза, так как момент пропорционален квадрату фазного напряжения, которое в √3 раз меньше при соединении фаз звездой. Поэтому такой способ применим при небольшом нагрузочном моменте и только для двигателей, нормально работающих при соединении обмоток статора в треугольник.

Пуск при включении добавочных резисторов в цепь статора.(рис. 3.28)

Перед пуском выключатель (пускатель) находится в разомкнутом состоянии и замыкается выключатель Q1.

При этом в цепь статора включены добавочные резисторы RДОБ. В результате обмотка статора питается пониженным напряжением U1n = U1НОМInRДОБ. После разгона двигателя замыкается выключатель Q2 и обмотка статора включается на номинальное напряжение U1НОМ. Подбором RДОБ можно ограничить пусковой ток до допустимого.

Следует иметь в виду, что момент при пуске, пропорциональный U 2 , будет меньше и составляет (U / U1НОМ) 2 номинального. Важно отметить, что при этом способе пуска значительны потери в сопротивлении RДОБ (RДОБI 2 1n). Можно вместо резисторов RДОБ включить катушки с индуктивным сопротивлением ХДОБ, близким к RДОБ.

Применение катушек позволяет уменьшить потери в пусковом сопротивлении.

Автотрансформаторный пуск.

Кроме указанных способов можно применить так называемый автотрансформаторный пуск.

Соответствующая схема показана на рис.3.29.

Перед пуском переключатель S устанавливается в положение 1, а затем включается автотрансформатор и статор питается пониженным напряжением U. Двигатель разгоняется при пониженном напряжении и в конце разгона переключатель S переводится в положение 2 и статор питается номинальным напряжением U1ном.

Если коэффициент трансформации понижающего трансформатора n, тогда ток I на его входе будет в n раз меньше. Кроме того, пусковой ток будет также в n раз меньше, т.е. ток при пуске в сети будет в n 2 раз меньше, чем при непосредственном пуске.

Этот способ, хотя и лучше рассмотренных в п.3.14.7, но значительно дороже.

Пуск двигателя с фазным ротором.

Пуск двигателя с фазным ротором осуществляется путем включения пускового реостата в цепь ротора, как это показано на рис.3.30.

Начала фаз обмоток ротора присоединяются к контактным кольцам и через щетки подключаются к пусковому реостату с сопротивлением Rp.

Приведенное к обмотке статора сопротивление пускового реостата Rp рассчитывается так, чтобы пусковой момент был максимальный, т.е. равен критическому. Так как при пуске скольжение sП = 1, то sП = 1 = sК , равенство МП = М Пmaх = МК будет обеспечено. Тогда

Читайте также:  Зарядный ток для аккумулятора бесперебойника

Пуск двигателя происходит по кривой, показанной на рис.3.31. В момент пуска рабочая точка на механической характеристике находится в положении а, а при разгоне двигателя она перемещается по кривой 1, соответствующей полностью включенному реостату.

При моменте, соответствующем точке е , включается первая ступень реостата и момент скачком увеличивается до точки b – рабочая точка двигателя переходит на кривую 2; в момент времени, соответствующей точке d, выключается вторая ступень реостата, рабочая точка скачком переходит в точку с и двигатель выходит на естественную характеристику 3 и затем в точку f. Реостат закорачивается, обмотка ротора замыкается накоротко, а щетки отводятся от колец.

Таким образом, фазный ротор позволяет пускать в ход асинхронные двигатели большой мощности при ограниченном пусковом токе. Однако этот способ пуска связан со значительными потерями в пусковом реостате.

Кроме того, двигатель с фазным ротором дороже двигателя с короткозамкнутым ротором. Поэтому двигатель с фазным ротором применяется лишь при больших мощностях и высоких требованиях к приводу.

Источник



6 Асинхронные двигатели с вытеснением тока в обмотке

2.6. Асинхронные двигатели с вытеснением тока в обмотке

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 потока к 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 и выразить в Ом·м при температуре 50 0 С , то это выражение для медных и алюминиевых стержней соответственно будут иметь вид: , .

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

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 .

2.6.2. Двухклеточный асинхронный двигатель

В таких двигателях на роторе две обмотки – две беличьих клетки. Стержни одной обмотки располагаются в верхней части пазов, а стержни другой в нижней. Наружную обмотку называют пусковой, а внутреннюю – рабочей (рис. 2.29).

Стержни наружной обмотки выполняются из латуни, а внутренней – из меди. В связи с этим, активное сопротивление наружной клетки в 2…4 раза больше активного сопротивления внутренней клетки . Что касается индуктивного сопротивления наружной клетки , то оно в 20…50 раз меньше индуктивного сопротивления внутренней клетки . Это объясняется тем, что стержни внутренней клетки утоплены глубоко в пакет стали ротора и имеют пазовый поток рассеяния рабочей обмотки (рис. 2.30) значительно превосходящий пазовый поток рассеяния пусковой обмотки . На рис. 2.30 – суммарный поток рассеяния рабочей и пусковой обмоток, соответствующим вторичному току . Поток пересекает две воздушные щели, а лишь одну. Это одна из причин, что . По этой причине . При пуске, когда , частота указанное неравенство проявляется особенно сильно (), и . С достаточным приближением можно считать, что при пуске токи в обмотках распределяются обратно пропорционально их индуктивным сопротивлениям. Следовательно, ток пусковой обмотки много больше тока рабочей , т.е. . При этом сдвиг тока относительно будет невелик. Поэтому, наружная обмотка будет создавать большой пусковой момент .

По мере разбега двигателя скольжение уменьшается и при номинальном режиме и частота . При этом индуктивные сопротивления сильно уменьшаются, и токи в обмотках будут определяться в основном их активными сопротивлениями. Так как , то ток потечет в основном по внутренней обмотке. Укажем кратность пускового момента и пускового тока ; .

Изобразим механические характеристики (рис. 2.31) и схему замещения двухклеточного АД (рис. 2.32).

2.6.3. Другие разновидности АД с вытеснением тока

Наряду с рассмотренными ранее, широко применяются АД с колбовидными и трапецеидальными пазами ротора(рис. 2.33).

Утолщение нижней части стержней предусмотрено для более резкого изменения сопротивления обмотки ротора при вытеснении тока для улучшения пусковых свойств АД. По своим свойствам такие двигатели близки к двухклеточный АД. Однако технологически изготовление таких двигателей более предпочтительно. Обмотка ротора таких АД до 100…150 кВт выполняется путем заливки ротора алюминием. В ряде случаев для усиления эффекта вытеснения тока при пуске и улучшения пусковых свойств пазам ротора придается удлинение в радиальном направлении форма (рис. 2.33, в,г,д).

Источник