смещается ближе к точке О (точка К). Величина максимального момента (отрезок АмЕм) при увеличении активного сопротивления ротора не изменяется, пусковой момент возрастает от значения Ма до Мп, так как увеличивается отрезок КЕп, пропорциональный этому моменту. Одновременно возрастает и величина критического скольжения, а поэтому зависимость M=f(s) сдвигается в область меньших частот лг (рис. 5.4, б, в; кривые 1...4).

Для того чтобы пусковой момент был равен максимальному, необходимо так подобрать сопротивление пускового реостата Rn, доЬч до5з чтобы точка К находилась вбли-, зи точки Ам. Это имеет место при выполнении условия

Рис. 5.4. Круговая диаграмма при включении реостата в цепь ротора асинхронного двигателя и получаемые при этом механические характеристики

Рис. 5.3. Механические характеристики при включении обмотки статора по схемам Y и а (а) и графики изменения момента М и тока Ii при пуске с переключением обмотки статора со Y на а (б)

Ra + R2 + RlX,-\-X2. (5.2)

Включение сопротивления Rn уменьшает также и пусковой ток двигателя, так как в этом случае

/ = UJ\{R R:, + R,Y{X, + Xi)\

(5.3)

Пусковой реостат обычно имеет три - шесть ступеней (рис. 5.5, а), что позволяет в процессе пуска постепенно уменьшать пусковое сопротивление, поддерживая высокое значение пускового момента в период разгона двигателя. Сначала двигатель пускается

по характеристике 4 (рис. 5.5,6), соответствующей сопротивлению пускового реостата /?пз = /?д1 + /?д2 + /?дз, и развивает вращающий момент Afnmai. По мере увеличения частоты вращения вращающий момент М уменьшается и может стать меньше некоторого момента Миш\п. Поэтому при Af=Afnmin чвсть сопротивления пускового рео-

А -В -С-

V V \ к

Рис. 5.5. Схема включения асинхронного двигателя при реостатном пуске (а), его пусковая диаграмма (б), графики изменения частоты вращения н тока (в)

стата /?дз выводят, замыкая контактор КЗ. Вращающий момент при этом мгновенно возрастает до Afnmai, а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике 3, соответствующей сопротивлению реостата Rn2 = R}i\ + R}i2- При дальнейшем уменьшении момента М до Мпт\п часть сопротивления реостата R снова выключается контактором К2 и двигатель переходит на работу по характеристике 2, соответствующей Ru] = Rn\- Таким образом, при постепенном (ступенчатом) уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий момент двигателя изменяется от Afnmai до Afnmm. а частота вращения возрастает по ломаной кривой, показанной на рис. 5.5, б жирной линией. В конце пуска пусковой реостат полностью выводится контактором /С/, обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель переходит на работу по естественной харак-

теристике /, при этом разгон осуществляется до точки Р. Выключение отдельных ступеней пускового реостата в процессе разгона двигателя осуществляется вручную или автоматически. Таким образом, включением реостата в цепь ротора можно осуществить пуск двигателя при М ~Мшах и резко уменьилить пусковой ток.

На рис. 5.5, в показан характер изменения тока h и частоты вращения 2 при пуске двигателя указанным способом. Ток также изменяется по ломаной кривой между двумя крайними значениями

/max и /т1п.

/(7.4

Рис. 5.6. Схема включения асинхронного двигателя при реостат-но-реакторном пуске и графики изменения частоты вращения и тока

Недостатком данного способа является относительная сложность пуска. Кроме того, двигатели с фазным ротором имеют худшие рабочие характеристики, чем двигатели с короткозамкнутым ротором такой же мощности (кривые т] и созф, проходят ниже). В связи с этим двигатели с фазным ротором применяют только при тяжелых условиях пуска (когда необходимо развивать максимально возможный пусковой момент), при малой мощности электрической сети или необходимости плавного регулирования частоты вращения.

В двигателях с фазным ротором в ряде случаев при пуске в цепь ротора последовательно или параллельно с пусковым реостатом Ru включают реактор L (рис. 5.6, а). Он выполняет роль автоматического регулятора тока ротора. В начальный момент пуска, когда частота тока в роторе f2 = tu индуктивное сопротивление реактора велико и оно ограничивает величину пускового тока. По мере разгона ротора уменьшается его ЭДС £25. но одновременно уменьшаются ее частота и результирующее индуктивное сопротивление Xis цепи ротора, в результате чего ток ротора уменьшается значительно медленнее, чем при включении пускового реостата без реактора. Кроме того, при уменьшении индуктивного сопротивления реактора возрастает коэффициент мощности созфг. Электро-

магнитный момент Л! = СмФт/гСОЗ фг при этих условиях также изменяется значительно медленнее и в начале разгона имеет даже большую величину, чем без реактора. На рис. 5.6, б в качестве примера показаны механические характеристики и кривые изменения тока /1 для трех случаев: при включении в цепь ротора пускового реостата и реактора (кривые 3 я 4), одного реактора (кривые / и 5) и при замкнутой накоротко обмотке ротора (кривые 2 и 6). Как видно из этих кривых, в данном случае можно осуществить двухступенчатый пуск двигателя с отключением реостата при разгоне ротора до частоты вращения, соответствующей точке А.

5.3. Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом

Стремление повысить пусковой момент короткозамкнутых асинхронных двигателей без увеличения активного сопротивления обмотки ротора (а следовательно, и потерь энергии в нем) привело

Работа

Рис. 5.7. Общий вид {а) и разрез паза {б) ротора двигателя с двойной беличьей клеткой и распределение плотности тока Д по высоте h в клетках при пуске и работе двигателя {в):

/ - рабочая клетка; г - пусковая клетка; 3 -сердечник ротора; < -короткозаиыкающие кольца

К появлению специальных конструкций двигателей, называемых двигателями с повышенным пусковым моментом. К ним относятся двигатели с двойной беличьей клеткой и ротором, имеющим глубокие пазы (глубокопазные двигатели).

Двигатель с двойной беличьей клеткой. Ротор имеет две короткозамкнутые обмотки (рис. 5.7, а). Наружная клетка является пусковой. Она выполнена из стержней малого поперечного сечения (рис. 5.7, б) и поэтому обладает повышенным активным сопротивлением Riu- Внутренняя клетка является основной рабочей обмоткой двигателя; она выполнена из стержней сравнительно большого поперечного сечения и обладает малым сопротивлением У?2р-

Индуктивные сопротивления клеток определяются величиной потоков рассеяния Фа2, сцепленных с их стержнями. Так как пусковая клетка расположена близко к поверхности ротора, то сцеп-

ленные с ее стержнями потоки рассеяния сравнительно невелики (рис. 5.7, б) и она обладает малым индуктивным сопротивлением Хи. Рабочая клетка, наоборот, удалена от поверхности ротора, поэтому она имеет большое индуктивное сопротивление Xip. Увеличение индуктивного сопротивления рабочей клетки обеспечивается также за счет соответствующего выбора ширины и высоты шлица в пазу ротора и щели между стержнями обеих клеток.

Для повышения активного сопротивления пусковой клетки обычно ее стержни изготовляют из марганцовистой латуни или бронзы. Стержни рабочей клетки выполняют из меди. Торцовые короткозамыкающие кольца делают медными. В некоторых случаях обе обмотки объединяют и выполняют литыми из алюминия.

Обе клетки включены в электрическом отношении параллельно, вследствие чего ток ротора распределяется между ними обратно пропорционально их полным сопротивлениям

/2. 2p=Z2p/Z2 =: ]Rl + Xl I YRln-\-XL (5.4)

В начальный момент пуска, когда частота тока в роторе максимальна и 5=1, индуктивные сопротивления клеток во много раз больше их активных сопротивлений. Поэтому

(5.5)

2п 2р~2р/

2п1

Т. е. ток ротора проходит в основном через пусковую клетку, у которой 2п<2Р- Но так как эта клетка обладает сравнительно большим активным сопротивлением, то она создает повышенный пусковой момент.

По мере разгона ротора уменьшаются значение s и частота /г. а поэтому изменяется и распределение тока между клетками. Из (5.4) следует, что ток начинает постепенно переходить из пусковой клетки в рабочую. По окончании процесса разгона значение s становится малым и роль реактивных сопротивлений в токораспреде-лении оказывается незначительной. В этом случае распределение токов определяется отношением

2пД2р~ 2р/2п

(5.6)

т. е. ток начинает проходить в основном по рабочей клетке, у которой /?2р</?2п- Таким образом, в рассматриваемом двигателе ток в начальный момент пуска вытесняется в наружную пусковую клетку, создающую большой пусковой момент, а по окончании процесса пуска протекает по рабочей клетке с малым активным сопротивлением, вследствие чего двигатель работает с высоким КПД. Из-за этого двигатели с повышенным пусковым моментом часто называют двигателями с вытеснением тока.

Зависимость Af=/(s) для двигателей с двойной беличьей клеткой можно построить, рассматривая действие пусковой, и рабочей обмоток раздельно. Так как пусковая обмотка имеет повышенное

сопротивление, то максимум образуемого ею момента смещен в область больших скольжений (рис. 5.8, а, кривая /). Характеристика Af=/(s), создаваемая рабочей обмоткой (кривая 2), имеет такую же форму, как и характеристика короткозамкнутого двигателя

г,5 г,о

0,5 О

0,2 0,и 0,6 0,8 1,0 S

2,0 1.5 1,0 0,5 О

0,2 0,и 0,Б 0,8 1,0 S

Рис. 5.8. Зависимости M=f(s) двигателя с двойной беличьей клеткой (а) и для машин с различным конструктивным выполнением ротора (б)

нормального исполнения: у нее максимум момента соответствует скольжению s = 0,l... 0,2. Результирующую характеристику двигателя (кривую 3) можно получить путем суммирования ординат кривых 1 я 2. V двигателей с двойной беличьей клеткой пусковой

PaSoma

Рис. 5.9. Общий вид (а), разрез паза (б) ротора глубокопазного двигателя и разновидности пазов глубокопазиых двигателей (в):

/ - стержни беличьей клетки; 2 -сердечник ротора

момент значительно больше, а пусковой ток меньше, чем у короткозамкнутых двигателей нормального исполнения. Кратность пускового момента для него Л1п/Л1 ом= 1,3... 1,7, а кратность пускового тока /п ном=4,5... 6.

Глубокопазные двигатели. Принцип действия этих двигателей основан также на явлении вытеснения тока. Беличья клетка выполнена у них из узких медных или алюминиевых стержней