Вид А

Рис. 9.5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

ление, что позволяет получить большой пусковой момент и ограничить пусковой ток двигателя. По мере разгона отключают поочередно группы резисторов таким образом, что весь период разгона АД проходит при моменте и токе, изменяющихся в определенных пределах (рис. 9.6).

Изменение сопротивления цепи фазного ротора путем введения добавочных резисторов используют также для плавногс-, без больших ускорений пуска двигателя и для регулирования частоты врашения. Однако этот метод регулирования снижает КПД двигателя из-за больших электрических потерь в резисторах. При этом по резисторам длительно протекает полный ток ротора, по-

этому регулировочный реостат имеет большие размеры, чем пусковой.

Электродвигатели с фазными роторами находят применение в приводах с тяжелыми условиями пуска, требующих плавного пуска и разгона, и в приводах с регулированием частоты вращения, например в приводах подъемных кранов.

Обмотки короткозамкнутых роторов АД машин не имеют корпусной изоляции. В АД общего назначения мощностью до 300 - 400 кВт обмотку короткозамкнутых роторов выполняют заливкой пазов алюминием или его сплавами, причем одновременно отливают и стержни обмотки, и замыкающие кольца с вентиляционными лопатками.

Рис. 9.6. Изменение тока и момента при реостатном пуске асинхронного двигателя с фазным ротором:

/-3 - характеристики при различных ступенях пускового реостата с последовательно убывающими значениями сопротивлений; 4 - естественные характеристики; Л/ а б, Л/щ, м - наибольший и наименьший моменты, развиваемые двигателем в процессе реостатного пуска; 2наи6. 2иаим - наибольший и наименьший токи ротора во время разгона двигателя

Рис. 9.7. Влияние эффекта вытеснения тока на активное сопротивление короткозамкнутой обмотки ротора:

0 - стержень обмотки в пазу ротора; /5 - распределение плотности тока по сечению стержня при разных частотах (1 - при пуске двигателя, .v = 1, ,f, =f; 2 - в процессе разгона двигателя,

1 > i- > .Уном; ./2ном <.f> <fii ~ при номинальном режиме, i = s oM /гном =Лноы)- - изменение сопротивления обмотки в зависимости от частоты

тока в роторе

Изготовление короткозамкнутых роторов значительно проще и дешевле, чем фазных, а отсутствие контактных колец, скользящих контактов и пусковых реостатов уменьшает общие габариты машины, повышает ее надежность и упрощает эксплуатацию. Поэтому подавляющее большинство современных АД мощностью до нескольких сотен киловатт выполняют с короткозамкнутыми роторами.

Для повышения пусковых моментов АД с короткозамкнутыми роторами используют эффект вытеснения тока. Он заключается в неравномерном распределении тока по поперечному сечению стержней обмотки ротора: плотность тока уменьшается в нижней, ближайшей к дну паза части каждого стержня и увеличивается в верхней части, обращенной к воздушному зазору. Вызванное этим увеличение электрических потерь в стержнях эквивалентно увеличению активного сопротивления обмотки ротора по сравнению с ее сопротивлением постоянному току.

Эффект вытеснения тока возрастает с увеличением частоты тока в роторе (рис. 9.7) и в двигательном режиме асинхронных машин становится наибольшим в начальный момент пуска при s = 1, когда /2 = = J\. Это вызывает увеличение пускового момента. Во время разгона АД частота тока ротора уменьшается (/2 = s/i) и, следовательно, уменьшается эквивалентное сопротивление обмотки ротора. В номинальном режиме при малых скольжениях эффект вытеснения тока практически не проявляется и ток распределяется равномерно по всему сечению стержней обмотки ротора.

Сопротивление обмотки ротора под действием эффекта вытеснения тока возрастает в большей степени в высоких стержнях и в стержнях с уменьшенной площадью поперечного сечения их верхней части по сравнению с нижней. Поэтому в роторах АД, предназначенных для работы с тяжелыми условиями пуска, делают глубокие прямоугольные пазы либо стержни обмотки выполняют фигурными (рис. 9.8).

Такой же, а в ряде случаев и больший эффект достигают в роторах с двойной беличьей клеткой, когда в пазах располагают друг над другом по два стержня, образующих две обмотки. В пусковых режимах при

Рис. 9.8. Конфигурация стержней короткозамкнутых роторов асинхронных двигателей с повышенными пусковыми характеристиками:

а - фигурные стержни; б - вставные стержни двухклеточиых роторов; в - стержни литой обмотки

двухк-петочных роторов

большой частоте тока ротора весь ток практически сосредоточивается только в верхних стержнях, имеющих большое сопротивление. При малых скольжениях его частота уменьшается и ток ротора распределяется равномерно по пусковой и рабочей обмоткам в соответствии с их активными сопротивлениями.

Обмотку короткозамкнутых роторов с фигурными стержнями выполняют в основном заливкой пазов алюминием, что позволяет выбрать конфигурацию пазов и стержней с оптимальными размерными соотношениями для достижения требуемого действия эффекта вытеснения тока. Лишь некоторые АД большой мощности выполняют с медными фигурными стержнями.

Обмотки роторов с двойными клетками делают как литыми, так и из вставных стержней (рис. 9.8). В литьк обмотках обе (рабочую и пусковую) обмотки выполняют из одинакового материала. Они имеют общие замыкающие кольца. В роторах со вставными стержнями рабочую обмотку изготовляют из медных стержней, а пусковую - из стержней с меньшей удельной электрической проводимостью, в большинстве машин - из латунных. Замьжающие кольца каждой из обмоток раздельные, из того же материала, что и стержни. При одном и том же активном сопротивлении латунные стержни имеют ббльшую площадь поперечного сечения, чем медные, и ббльшую тешоем-кость, что снижает индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора и уменьшает нагрев стержней пусковой обмотки во время пуска.

9.1.4. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей

Одним из недостатков АД является неэкономичное регулирование частоты вращения. Частота вращения АД Пр = 11с(1-s) = 60/

=-(1-s) при постоянном моменте со-

противления зависит от скольжения и частоты врашения поля.

Изменение скольжения может быть достигнуто либо увеличением сопротивления цепи ротора, либо изменением потока. Первый способ применим лишь для АД с фазным ротором. Он дает возможность регулировать частоту вращения в пшроком диапазоне (практически от s = 1 до s = s om), но не экономичен, так как в дополнительно введенных в цепь обмотки ротора резисторах возникают большие потери от полного тока ротора.

Изменение потока машины осуществимо, например, путем изменения питающего напряжения, но возможно лишь в сторону его уменьшения. Скольжение АД при этом возрастает, но одновременно пропорционально квадрату напряжения уменьшается его перегрузочная способность, поэтому возможный диапазон регулирования частоты вращения АД невелик. По экономичности метод регулирования потоком примерно равноценен регулированию введением добавочного сопротивления в цепь ротора, так как с уменьшением потока возрастают токи статора и ротора и соответственно увеличиваются электрические потери при незначительном снижении потерь в стали.

Изменение частоты вращения поля щ достигается либо регулированием частоты тока питания, либо изменением числа полюсов обмотки статора. Регулирование изменением частоты тока питания в последние годы получает все большее распространение в связи с развитием и совершенствованием тиристорных преобразователей. Основным недостатком данного метода наряду с высокой стоимостью самого преобразователя, некоторым снижением надежности работы всей установки и увеличением ее габаритов является несинусоидальность тока на выходе преобразователя, отражающаяся на технических показателях АД.

Регулирование частоты врашения путем изменения числа полюсов статора широко распространено во многих приводных установках. Обмотки АД с переключением числа пар полюсов дают возможность ступенча-. того (две, три или четыре ступени) регулирования частоты вращения. Многоскоростные АД применяются во многих промышленных приводах и выпускаются электромашиностроительными заводами как модификации основных серий машин общего назначения. Основным недостатком данного метода является невозможность плавного регулирования и меньшее, чем в обычных АД, использование активного объема машины: габаритные размеры многоскоростных АД всегда больше, чем односкоростных тех же мощности и частоты вращения.

В некоторьк установках применяют способ регулирования частоты вращения введением добавочной ЭДС в цепь фазного ротора.

Источником добавочной ЭДС, частота которой должна быть равна частоте тока ротора (/г = s/j), может служить электромашинный или тиристорный преобразователь, частота на вькоде которого определяется частотой вращения регулируемой машины