Асинхронные двигатели с глубокими пазами на роторе

Паз такого двигателя имеет форму узкой щели. Ток, протекающий по стержню, создает поток рассеяния . Картина поля рассеяния показана на рис. 4.20, а. Элемент сечения стержня, расположенный у дна паза, оказывается сцепленным с максимальным числом силовых линий поля, поэтому его индуктивное сопротивление будет наибольшим. Верхние элементы сечения стержня будут иметь наименьшее индуктивное сопротивление. Так как при больших скольжениях () ток в элементарных слоях стержня распределяется обратно пропорционально индуктивному сопротивлению слоя, то его плотность J в нижних слоях будет существенно меньше, чем в верхних (рис. 4.20, б).

Таким образом, ток в стержне вытесняется по направлению к воздушному зазору. Нижняя часть стержня практически не обтекается током и становится нерабочей. В результате уменьшения сечения рабочей части стержней активное сопротивление стержней возрастает, а индуктивное сопротивление падает.

Вытеснение тока практически происходит только в той части обмотки ротора, которая расположена в пазах. Поэтому выражения для активного сопротивления обмотки ротора и ее индуктивного сопротивления рассеяния можно представить в виде

;

,

где , - коэффициенты, учитывающие изменение сопротивлений под влиянием вытеснения тока.

Коэффициенты и являются нелинейными функциями безразмерного параметра

,

где - глубина проникновения тока при поверхностном эффекте;

- удельная проводимость стержня.

Вид зависимостей и представлен на рис. 4.21.

Если обмотка ротора выполнена из меди, для которой

;

,

то глубина проникновения тока

.

Следовательно,

.

Для алюминиевого стержня, принимая , имеем

.

В полученном выражении для x высота паза выражается в сантиметрах.

В рабочем диапазоне () коэффициенты , можно определить по приближенным соотношениям

; .

Согласно этим соотношениям в двигателях с глубокими пазами при активное сопротивление пазовой части обмотки в начальный момент пуска возрастает в раз, а индуктивное снижается в раза.

При уменьшении скольжения параметр x также уменьшается. При скольжении поверхностный эффект в глубокопазном двигателе практически не проявляется, плотность тока в стержнях будет постоянной (рис. 4.20, в), а их активное сопротивление становится минимальным (рис. 4.21).

4.10.2. Асинхронные двигатели с двойной
беличьей клеткой

На роторе данного двигателя имеются две короткозамкнутых обмотки (рис. 4.22), стержни которых располагаются на разной глубине. Одна обмотка, находящаяся ближе к воздушному зазору, называется пусковой, а другая - рабочей. Обмотки могут быть как литыми, так и паяными.

При паяной конструкции пусковая обмотка выполняется из латуни, а рабочая - из меди. Стержни каждой из обмоток замыкаются отдельными кольцами.

Пусковая обмотка по сравнению с рабочей имеет

повышенное активное и малое индуктивное сопротивления рассеяния

Поскольку обмотки ротора включены параллельно, то ток в них будет распределяться обратно пропорционально полным сопротивлениям:

.

В начальной стадии пуска

.

Поскольку , то ток проходит, главным образом, по пусковой обмотке. Так как она имеет большее активное сопротивление, чем рабочая, то это обеспечивает повышение пускового момента. В зоне малых скольжений (), когда индуктивные сопротивления малы, токи в обмотках ротора распределяются обратно пропорционально их активным сопротивлениям, поэтому ток ротора проходит преимущественно по рабочей обмотке, имеющей малое активное сопротивление.

В последние годы в мощных асинхронных двигателях используются обмотки со стержнями колбообразного и трапецеидального профиля. На рис. 4.23, для сравнения, представлены механические характеристики двигателей с различной конструкцией роторных обмоток. Двигатели с двойной клеткой и с колбообразными пазами обладают наилучшими пусковыми свойствами (зона, заштрихованная вертикальными линиями). Пусковые свойства двигателей с трапецеидальными и глубокими пазами характеризуются зоной, заштрихованной горизонтальными линиями.

Следует, однако, отметить, что улучшение пусковых свойств данных двигателей сопровождается некоторым снижением максимального момента и уменьшением по сравнению с двигателями, имеющими круглые пазы на роторе (кривая 1). Это обусловлено неизбежным увеличением общего индуктивного сопротивления обмоток ротора.