Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения

К короткозамкнутым асинхронным двигателям специального исполнения относятся:

1. двигатели с повышенным скольжением;

2. глубокопазные;

3. двухклеточные.

По сравнению с асинхронными двигателями нормального исполнения эти двигатели имеют улучшенные пусковые свойства, а именно:

1. пониженные пусковые токи;

2. увеличенные пусковые моменты.

Объясним, каким образом получены эти свойства.

Из теории электрических машин известно, что электромагнитный момент асинхронных электродвигателей определяется выражением (14-1) [гер.369 фла 15.15]

М = CI' cosψ Ф, (14-1)

где C – конструктивный коэффициент (величина постоянная);

I' – приведенный к обмотке статора ток ротора;

ψ – угол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е' и приведенным током ротора I';

I' cosψ – активная составляющая тока ротора;

Ф – значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.

Электромагнитный момент двигателя тем больше, чем больше активная составляющая тока ротора [в (14-1) активная составляющая тока ротора I_ар= I' cosψ ], а для ее увеличения необходимо увеличивать активное сопротивление обмотки ротора.

Увеличение активного сопротивления ротора, помимо увеличения пускового момента двигателя, дает и второе преимущество: уменьшение пусковых токов.

Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно:

a) увеличить пусковой момент двигателя,

b) уменьшить пусковой ток двигателя.

Такими положительными свойствами обладают т.н. двигатели с улучшенными пусковыми свойствами. К последним относятся асинхронные двигатели:

1. с повышенным скольжением;

2. с глубокими пазами на роторе;

3. с двойной беличьей клеткой на роторе;

4. с фазной обмоткой на роторе (двигатели с фазным ротором).

Асинхронные двигатели с повышенным скольжением по сравнению с обычными асинхронными двигателями имеют увеличенный пусковой момент (рис.14.2). Для этого искусственно уменьшают площадь поперечного сечения проводников обмотки ротора, вследствие чего увеличивается их активное сопротивление, а значит и активная составляющая тока ротора и соответственно электромагнитный момент двигателя, прямо пропорциональный этой составляющей (см. выше выражение 14-1).

Рис. 14.2 Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения (1) и с повышенным скольжением (2)

Недостатком этих двигателей является пониженная (по сравнению с двигателями обычного исполнения) скорость вращения ротора.

У двигателей с глубоким пазом обмотка на роторе выполнена в виде стержней прямоугольного профиля с высотой – h, превосходящей ширину– b в 15…20 раз (рис. 14.3)

Увеличение активного сопротивления обмот­ки ротора при пуске объясняется поверхностным эффектом.

Рис. 14.3 Глубокопазная обмотка ротора (а) и кривая распределения тока по высоте паза (б)

Суть этого явления состоит в том, что на переменном токе основная часть тока через поперечное сечение проводника вытесняется на его поверхность. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление центральной части проводника гораздо больше по сравнению с сопротивлением поверхностного слоя.

При пуске частота тока в роторе f = 50 Гц, нижняя часть проводника обмотки ротора имеет увеличенное индуктивное сопротивление, поэтому пусковой ток вытесняется в верхнюю часть, что равнозначно уменьшению площади его поперечного сечения, т.е. увеличению активного сопротивления. В результате уменьшается пусковой ток и одновременно увеличивается пусковой момент.

При номинальной скорости и небольшой частоте тока ротора (1...3Гц) поверхностный эффект пропадает, так как ток распределяется равномерно по высоте поперечного сечения проводника.

В двухклеточных асинхронных двигателях (рис. 14.4) использованы оба способа повы­шения активного сопротивления.

Рис. 14.4 Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя (а) и его механические характеристики: пусковой обмотки (1), рабочей обмотки (2) и (3)- механическая характеристика асинхронного двигателя нормального исполнения.

Эти двигатели имеют пусковую обмотку П, которая работает как обмотка ротора двигателя с повышенным скольжением, и рабочую Р, которая работает как глубокопазная.

Эксплуатационные показатели двигателей специального исполнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности cosφ у них ниже, а стоимость выше.

На судах из перечисленных выше трех типов двигателей специального исполнения используется только один – двигатель с двумя клетками. Такие двигатели установлены в электроприводах грузовых лебедок на судах польской постройки (типа «Муром»).