Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
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
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
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.
