Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические машины

Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами - Электрические машины

Оглавление
Электрические машины
Основные электромагнитные схемы электрических машин
Устройство многофазных обмоток
Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
Асинхронные машины
Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Механическая характеристика асинхронной машины
Статическая устойчивость асинхронной машины
Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
Пуск асинхронных двигателей
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели
Генераторный режим асинхронной машины
Трансформаторный режим асинхронной машины
Синхронные машины
Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
Уравнения напряжений и векторные диаграммы
Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
Работа на автономную нагрузку
Параллельная работа синхронных машин
Включение генератора в сеть
Регулирование активной мощности синхронной машины
Регулирование реактивной мощности синхронной машины
Угловая характеристика синхронной машины
Статическая устойчивость синхронной машины
U-образные характеристики
Синхронные двигатели
Синхронные компенсаторы
Несимметричные режимы синхронных генераторов
Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
Машины постоянного тока
ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
Коммутация
Генераторы постоянного тока
Характеристики генераторов с самовозбуждением
Параллельная работа генераторов постоянного тока
Двигатели постоянного тока
Характеристики двигателя постоянного тока
Регулирование частоты вращения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами

обмотка ротора с повышенным активным сопротивлением

Многие электроприводы для достижения высокого быстродействия и надежности запуска требуют повышенного пускового момента, близкого к максимальному. Этой цели можно достичь, выполнив обмотку ротора с повышенным активным сопротивлением (кривая 1 рис. 4.19). Однако рабочая ветвь механической характеристики такого двигателя оказывается весьма «мягкой», поэтому в номинальном режиме двигатель будет работать с большим скольжением, что связано со значительными потерями и низкими энергетическими показателями. Для достижения высоких энергетических показателей желательно иметь «жесткую» механическую характеристику (кривая 2 рис. 4.19). Получить механическую характеристику, сочетающую положительные свойства характеристик 1 и 2, можно, если использовать поверхностный эффект в стержнях роторной обмотки для повышения активного сопротивления обмотки в начале пуска, когда частота тока в роторе  близка к частоте сети. По мере разгона двигателя частота тока в роторе падает, поверхностный эффект ослабляется и сопротивление ротора снижается. Вид механической характеристики такого двигателя представлен кривой 3 на рис. 4.19. Существует несколько конструктивных решений, обеспечивающих использование поверхностного эффекта.

Асинхронные двигатели с глубокими пазами на роторе

поле рассеяния

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).

Асинхронные двигатели с двойной беличьей клеткой

две короткозамкнутых обмотки

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.



 
« Электрические аппараты и оборудование выше 1000В
электрические сети