Особенности асинхронных двигателей с фазными и короткозамкнутыми роторами

  Главная      Учебники - Энергетика     Справочник по электрическим машинам (И.П. Копылов) - 1988 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..

 

 

9.1.3.

Особенности асинхронных двигателей с фазными и короткозамкнутыми роторами

По конструкции АД делят на два типа: АД с фазным ротором (рис. 9.4) и АД с ко-роткозамкнутым ротором (рис. 9.5). Конструкции статоров, корпусов, подшипниковых щитов и общая компоновка машин обоих типов не имеют существенных различий.

В пазах фазных роторов размещена изолированная обмотка, имеющая столько же фаз, сколько и обмотка статора. Обмотка ротора в большинстве случаев жестко соединена в звезду и реже - в треугольник и имеет только три вывода, которые подсоединены к контактным кольцам, расположенным внутри корпуса или на выступающем конце вала. Токоподводы от обмотки к контактным кольцам, расположенным вне корпуса, проходят по внутреннему отверстию вала. Прилегающие к контактным кольцам щетки соединены с пусковым реостатом, позволяющим изменять сопротивление роторной цепи.

В начальный момент пуска АД между кольцами включают наибольшее сопротив-

Рис. 9.4. Асинхронный двигатель с фазным ротором

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 плавного, без больших ускорений пуска двигателя и для регулирования частоты вращения. 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:

1-3 - характеристики при различных ступенях пускового реостата с последовательно убывающими значениями сопротивлений; 4 — естественные характеристики; Л/наиб, Л/Наим — наибольший и наименьший моменты, развиваемые двигателем в процессе реостатного пуска; /2Наиб> ^2наим — наибольший и наименьший токи ротора во время разгона двигателя

Рис. 9.7. Влияние эффекта вытеснения тока

на активное сопротивление короткозамкну-

той обмотки ротора:

а — стержень обмотки в пазу ротора; б — распределение плотности тока по сечению стержня при разных частотах (/ — при пуске двигателя, s — 1, f2=f[', 2 — ъ процессе разгона двигателя, 1 > .?> sH0M; ./гном <f2<f\'< 3 — при номинальном режиме, s = sHOM, /2ном =f\sHOMV, « - 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 короткозамк-нутыми 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 = = /t. Это вызывает увеличение пускового момента. Во время разгона АД частота тока ротора уменьшается (/2 = sfj 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; 6 — вставные стержни двухклеточных роторов; в — стержни литой обмотки

двухклеточных 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 литых 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. Замыкающие кольца каждой из обмоток раздельные, из того же материала, что и стержни. При одном и том же активном сопротивлении латунные стержни имеют большую площадь поперечного сечения, чем медные, и большую теплоемкость, что снижает индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора и уменьшает нагрев стержней пусковой обмотки во время пуска.

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..