Использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами

Стремление совместить достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (высокая надежность) и фазным ротором (большой пусковой момент) привело к созданию этих двигателей. Они имеют короткозамкнутую обмотку ротора специальной конструкцией. Различают двигатели с обмоткой ротора в виде двойной «беличьей клетки» (рис. 2.20.а) и с глубоким пазом (рис. 2.20.б).

Рисунок 2.20

На рис. 2.20 показаны конструкции ротора двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.

У двигателя с двойной «беличьей клеткой» на роторе закладывается две короткозамкнутые обмотки. Обмотка 1 выполняет роль пусковой, а обмотка 2 является рабочей. Для получения повышенного пускового момента пусковая обмотка должна обладать большим активным сопротивлением, чем рабочая обмотка. Поэтому обмотка 1 выполняется из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь), чем обмотка 2 (медь). Сечение проводников, образующих пусковую обмотку, меньше, чем у рабочей обмотки. За счет этого повышается активное сопротивление пусковой обмотки.

Рабочая обмотка, расположенная глубже, охватывается большим магнитным потоком, чем пусковая. Поэтому индуктивное сопротивление рабочей обмотки значительно больше, чем пусковой. За счет этого в момент пуска в ход, когда частота тока ротора имеет наибольшее значение, ток в рабочей обмотке, как следует из закона Ома, будет небольшим и в создании пускового момента будет участвовать в основном пусковая обмотка, имеющая большое активное сопротивление. По мере разгона двигателя частота тока ротора падает, уменьшается и индуктивное сопротивление обмоток ротора, это приводит к увеличению тока в рабочей обмотке, за счет этого в создании вращающего момента будет участвовать, в основном, рабочая обмотка. Т.к. она обладает малым активным сопротивлением, естественная механическая характеристика двигателя будет жесткой.

Аналогичная картина наблюдается у двигателя с глубоким пазом (рис. 2.20.б). Глубокий стержень обмотки (1) можно представить в виде нескольких проводников, расположенных по высоте паза. За счет высокой частоты тока в обмотке ротора в момент пуска в ход происходит «вытеснение тока к поверхности проводника». За счет этого в создании пускового момента участвует только верхний слой проводников обмотки ротора. Сечение верхнего слоя значительно меньше сечения всего проводника. Поэтому при пуске в ход обмотка ротора обладает повышенным активным сопротивлением, двигатель развивает повышенный пусковой момент. По мере разгона двигателя плотность тока по сечению проводников обмотки ротора выравнивается, сопротивление обмотки ротора снижается.

В целом эти двигатели имеют жесткие механические характеристики, повышенный пусковой момент и меньшую кратность пускового тока, чем двигатели с короткозамкнутым ротором обычной конструкцией.

16 Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

О распределении активной мощности, потребляемой из сети, можно судить по энергетической диаграмме двигателя (рисунок 3.34). Забираемая из сети электрическая мощность Р₁ расходуется на статоре на покрытие электрических потерь в обмотке статора P_э1= m₁I₁²r₁ и на покрытие потерь в стали магнитопровода статора Р_ст=k_обрр_удG_ст ,где р_уд - удельные потери в стали для максимальной индукции ярма и зубцов статора; G_ст – масса ярма и зубцов магнитопровода; k_обр – коэффициент, учитывающий увеличение потерь в стали за счет обработки, k_обр=1,3¸1,5.

Потери в стали рассчитывают отдельнодля ярма и зубцов,а затем их суммируют.

Электромагнитная мощность, или мощность в зазоре Р_эм=Р₁- Р_э1- Р_ст

Электромагнитная мощность расходуется на потери в роторе, а большая её часть преобразуется в полезную механическую мощность Р₂:

где Р_э2 – электрические оптери в обмотке ротора,

или

Электрические потери в роторе пропорциональны скольжению:

Они включают механическую мощность на валу Р и механические потери Р_мех. Механические потери рассчитываются по эмпирическим формулам. В механические потери входят потери на трение и мощность, расходуемая на вентиляцию.

Добавочные потери учитывают неточность в расчете потерь из-за насыщения и полей рассеяния. По ГОСТ они равны 0,5% номинальной мощности. Расчет отдельных состовляющих добавочных потерь при холостом ходе и нагрузке производится лишь для АМ большой мощности.