Ротор этого двигателя представляет собой сплошной ферромагнитный цилиндр (рис. ). Такой ротор играет одновременно роли магнитопровода и токопровода. Вращающееся магнитное поле проникает на определенную глубину в тело ротора и индуктирует в нем вихревые токи. Эти токи при взаимодействии с магнитным полем образуют электромагнитный момент. Вследствие сильно выраженного поверхностного эффекта вихревые токи протекают в сравнительно тонком слое на глубине проникновения электромагнитного поля в тело ротора. Эквивалентная глубина проникновения зависит от частоты перемагничивания ротора. Для двигателя, рассчитанного на частоту 50 Гц, эквивалентная глубина проникновения при пуске (5=1) составляет только 1—3 мм, в рабочем режиме при s = 0,05 — примерно 5—15 мм. Вообще в линейном приближении глубина проникновения изменяется обратно пропорционально +fs . Это приводит к соответствующему изменению сечения слоя, по которому протекают вихревые токи, активного сопротивления массивного ротора.
Асинхронный двигатель
В результате такого проявления с массивным ротором поверхностного эффекта пусковой момент в двигателе с массивным ротором достаточно велик, и он уступает двигателю с короткозамкнутой обмоткой на роторе только по своим рабочим свойствам — КПД и коэффициенту мощности. Объясняется это тем, что в номинальном режиме при скольжении s = 0,1 -5-0,5 глубина проникновения тока и потока в тело ротора еще достаточно мала, а электрическое сопротивление для тока и магнитное сопротивление для потока велики, вследствие чего двигатель имеет большие электрические потери в роторе и большой намагничивающий ток.
Для улучшения рабочих характеристик иногда прикрепляют с двух сторон к торцевым поверхностям цилиндрического ротора медные короткозамыкающие кольца. Медные кольца имеют значительно меньшее удельное электрическое сопротивление, чем стальное тело ротора, и выполняют ту же роль, что и торцевые короткозамыкающие кольца беличьей клетки. В результате активное сопротивление массивного ротора уменьшается за счет увеличения электрической проводимости торцевых частей. С этой же целью в микродвигателях прибегают к покрытию внешней поверхности массивного ротора тонким слоем меди толщиной 0,1—0,3 мм. Кроме того, можно добиться улучшения рабочих характеристик подбором такого материала для массивного ротора, который обладал бы оптимальными электрической и магнитной проводимостями. В этом направлении в последнее время достигнуты определенные успехи. Получены сплавы, обладающие большей электрической проводимостью и меньшей магнитной проницаемостью, чем у стали, при применении которых глубина проникновения поля существенно возрастает и технические показатели улучшаются.
Применение массивного ротора, обладающего большой механической прочностью, позволяет построить асинхронные двигатели на весьма высокие частоты вращения (10 000—100 000 об/мин и более). Такие двигатели предназначаются для питания от источников повышенной частоты (400—1500 Гц и более) и находят применение в специальных электроприводах, например гироскопических устройствах.
Несмотря на технологичность конструкции двигателей с массивным ротором, в общепромышленном электроприводе они пока не применяются. Это связано исключительно с их недостаточно высокими энергетическими показателями в рабочих режимах.
Интересной разновидностью рассматриваемого двигателя является двигатель с полым магнитным ротором, В этом двигателе в целях уменьшения массы и момента инерции ротор выполняется в виде полого сплошного ферромагнитного цилиндра. Толщина его стенок может быть выбрана равной глубине проникновения в рабочих режимах. При частотах 400—1000 Гц она составляет 0,3—0,5 мм и 1 — 3 мм при 50 Гц.
Поскольку магнитный поток замыкается по стенкам полого магнитного ротора, в двигателе с таким ротором нет необходимости во внутреннем статоре. Этим он выгодно отличается от двигателя с полым немагнитным ротором. Однако из-за довольно низких КПД и cos ф, а также других недостатков двигатели с полым магнитным ротором имеют ограниченное распространение.
