Короткозамкнені асинхронні двигуни з підвищеним пусковим моментом

Необхідність забезпечення високих пускових моментів без застосування пускових резисторів призвела до створення двигунів з короткозамкненим ротором, в яких використане явище витіснення струму в стержнях при запуску, коли при , згідно (п. 11.5),

Як відомо, при витісненні струму в верхню частину провідника відбувається зменшення його використовуваного перерізу, що еквівалентно підвищенню активного опору стержня; крім того, витіснення струму призводить до зменшення індуктивного опору, так як зменшується загальна провідність пазового магнітного потоку розсіювання. Все це створює, як показано в п. 11.8, умови для отримання високого пускового моменту.

Цими властивостями володіють двигуни з двоклітковим і глибокопазним роторами.

Двигун з подвійною "білчиною кліткою". Ротор має дві короткозамкнені обмотки (рис. 11.9а). Зовнішня клітка 1 є пусковою; її стержні мають малий поперечний переріз і виготовляються з марганцевистої латуні або бронзи, тому активний опір цієї клітки порівняно малий. В деяких випадках обидві клітки об'єднують і виготовляють литими з алюмінію.

Індуктивні опори кліток визначаються значенням потоку розсіювання , зчепленого з їх стержнями. Оскільки пускова клітка розташована ближче до поверхні ротора, зчеплений з нею потік розсіювання невеликий і, отже, її індуктивний опір х_2п малий. У робочої ж клітки зчеплення потоків розсіювання велике і, значить, вона володіє більшим ,. Співвідношення між х_2п і ,. а також збільшення останнього забезпечуються відповідним вибором ширин і висот шліца в пазові над верхньою кліткою і щілини між стержнями.

Обидві клітки в електричному відношенні ввімкненні паралельно, тому струми між ними розподіляються обернено пропорційно їх повним опорам:

При запуску індуктивні опори порівняно з активними надзвичайно великі; тому , тобто струм ротора в основному проходить по верхній пусковій клітці, так як Але у цієї ж клітки великий що призводить до появи великого пускового моменту.

В міру розгону ротора зменшуються ковзання, і частота Разом з ковзанням і частотою як це слідує з (11.8), зменшується індуктивний опір , і струм поступово переходить з клітки запуску в робочу.

По закінченні запуску, коли ковзання дуже мале, роль індуктивних опорів в розподілі струму стає незначною; тому можна вважати, що . Але так як то струм ротора в основному проходить по нижній робочій клітці.

Отже, в двоклітковому роторі струм в початковий момент запуску витісняється у верхню (запускову) клітку, котра створює значний момент запуску: у ході розгону струм поступово проникає у нижню (робочу) клітку, а по закінченні запуску практично повністю протікає, по ній.

На рис. 11.9б показані механічні характеристики робочої клітки запуску, а також результуюча крива, що являє собою суму двох попередніх .

У двокліткових двигунів великої потужності кратність початкового пускового моменту при істотно меншому, ніж у звичайних двигунів стрибку струму запуску: (пор. з пусковими параметрами звичайних двигунів у п.11.8).

Глибокопазний двигун. Можна показати, що ефект витіснення струму у верхню частину провідника, коли і Гц, починає проявлятися у мідного провідника при його висоті h>12 мм, а в алюмінієвого - при h>16мм. Наприклад, активний опір мідного провідника при h=50 мм у 5 разів більший, а індуктивний - у 3,33 рази менший в початковий момент запуску, ніж у робочому режимі при . Тому "білчину клітку" глибокопазних двигунів виготовляють з вузьких і високих (30-60 мм) стержнів.

Розподіл густини струму j по висоті стержня h у момент запуску показаний на рис.11.10а кривої 1. Можна собі уявити, що при запуску працює тільки верхня частина стержня, його активний опір збільшується, а індуктивний - зменшується, і створюються

умови для виникнення більшого моменту запуску.

ППри розгоні зі зменшенням частоти струм все рівномірніше розподіляється по висоті стержня (крива 2 на рис. 11.10а). Відбувається ніби плавне збільшення робочого перерізу провідника і зменшення його активного опору.

В номінальному режимі явища витіснення струму немає, активний опір стержня стає мінімальний, густина струму рівномірно розподіляється по висоті провідника (лінія 3 нарис. 11.10а).

На рис. 11.9б крива представляє собою механічну характеристику глибокопазного двигуна Вона займає проміжне становище між характеристиками звичайного і двокліткового двигунів.

Існують різновиди глибокопазних двигунів з трапецієвидною, двоступінчатою і колбоподібною формами стержнів (рис. 11.10б). Ці ротори дешевші від двокліткових, тому вони дістали більше поширення.

З метою посилення ефекту витіснення струму при запуску у сучасних короткозамкнених двигунах потужністю до 100 кВт з алюмінієвою заливкою роторів пазам останніх надають спеціально сильно видовжену у радіальному напрямі форму (рис. 11.10в).