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:

М = сI’cosшФ, где с — конструктивный коэффициент (величина постоянная);

I'- т.н. приведенный (к обмотке статора) ток ротора;

шугол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е’и приведенным током I';

I’cosш — активная составляющая тока ротора;

Ф — значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.

Если сказать проще, то электромагнитный момент двигателя тем больше, чем больше активная составляющая тока ротора, а для ее увеличения надо увеличивать активное сопротивление проводников обмотки ротора.

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

Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно убить сразу двух зайцев:

• 1. Увеличить пусковой момент двигателя,
• 2. 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 (с фазным ротором).

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

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

Рис. 14. Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения (1) и с повышенным скольжением (2)

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. 15).

Увеличение активного сопротивления обмотки ротора при пуске объясняется поверхностным эффектом.

Рис. 15. 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 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, Это 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…3 Гц) поверхностный эффект пропадает, ток распределяется равномерно по высоте проводника.

В двухклеточных асинхронных двигателях (рис. 16) использованы оба способа повышения активного сопротивления.

Рис. 16. Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя (а) и его механические характеристики: пусковой обмотки (1), рабочей обмотки (2) и 1- механическая характеристика

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

Эксплуатационные показатели перечисленных выше двигателей специального исполнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения, в частности, у них ниже коэффициент полезного действия, коэффициент мощности cosц, 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»).