Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

Если включить двигатель в сеть при соединении обмотки статора треугольником, то

Uд и„

I n. фД —

Таким образом, пусковой ток в линии при соединении статора звездой в три раза меньше, чем при соединении треугольником. Это весьма ценное преимущество рассматри­ ваемого способа пуска. Но так как при соединении обмоток статора звездой фазное

в стали приблизительно в 3 раза, так как они зависят от магнитного потока во второй степени.

Но, согласно формуле (25-18), Мдм — км1\ФЬт. Если момент Л/т задан (Мт = const), то уменьшение потока Фйт вызывает соответству­ ющее увеличение тока в роторе І'г за счет большего скольжения s [формула (25-11)]. Это приводит к увеличению потерь в обмотке ро­ тора примерно в 3 раза.

В обмотке статора ток равен геометрической сумме намагничиваю­ щего и приведенного вторичного токов. При соединении звездой

337

первый уменьшается, а второй увеличивается. Поэтому при малых нагрузках, где главную роль играет намагничивающий ток / 0, ток в статоре 1Хуменьшается; но при относительно больших нагрузках, где большее значение имеет приведенный вторичный ток Г->, ток / х при соединении звездой может оказаться больше, чем при соединении треугольником (рис. 28-8).

Из сказанного следует, что к. п. д. двигателя при соединении звездой немногим отличается от к. и. д. при соединении треуголь­ ником; при малых нагрузках, не превышающих 40% номинальной, он несколько выше, но затем быстро уменьшается.

При малых нагрузках переключение с треугольника на звезду оказывает большое влияние на cos ф двигателя (рис. 28-8).

28-5. Двухклеточный двигатель

Чтобы сохранить простоту и надежность двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора, но придать нм лучшие пусковые харак­ теристики, было предложено много различных специальных типов двигателей, из которых наибольшее значение имеют: двухклеточные

ротора, тогда как рабочая обмотка располагается дальше от поверх­ ности ротора и делается обычно из меди.

Стержень 1 пусковой обмотки (рис. 28-9, а) сцеплен только с не­ большим числом линий потока рассеяния; стержень 2 рабочей обмотки сцеплен с большим числом этих линий. Таким образом достигается

Между верхним и нижним стержнями оставляют щель 3, которая может быть залита металлом обмоток (рис. 28-9, б) . Наличие щели

338

значительно уменьшает магнитную проводимость пути магнитного потока Ф' поперек пазов и обеспечивает сцепление основного потока ф" с нижней рабочей обмоткой.

Характеристики обеих обмоток определяют их роль во время пуска двигателя. В начальный момент пуска, когда ротор еще непо­ движен, частота тока в роторе равна частоте сети, т. е. /2 = fx. Ток рабочей обмотки, вследствие ее малого активного и большого индуктивного сопротивлений, отстает почти на четверть периода от наведенной в этой обмотке э. д. с. Поэтому ток рабочей обмотки при пуске почти не создает вращающего момента. Ток пусковой обмотки, вследствие ее малого индуктивного и большого активного сопротив­ ления, практически совпадает с наводимой в этой обмотке э. д. с. Таким образом именно эта обмотка и создает при пуске требуемый вращающий момент.

П

По мере увеличения скорости вращения ротора частота тока в нем уменьшается, соответственно чему уменьшаются индуктивные со­ противления обеих обмоток. При нормальной скорости вращения ин­ дуктивные сопротивления обмоток очень малы, и ток, распределяясь обратно пропорционально их активным сопротивлениям, почти весь идет по рабочей обмотке. Соотношение между активным и индук­ тивным сопротивлением пусковой обмотки выбирается таким, чтобы

двухклеточного двигателя. Здесь 1 — линия момента, создаваемая пусковой обмоткой, 2 — то же, рабочей обмоткой, 3 — линия резуль­ тирующего момента. Изменяя соотношения между параметрами пуско­ вой и рабочей обмоток, можно получить различные формы механичес­ ких характеристик, как, например, 4 и 5 на рис. 28-10.

Более подробный анализ показывает, что большему начальному пусковому моменту Мп соответствует больший пусковой ток / п

пменьшая перегрузочная способность.

Кнедостаткам двухклеточного двигателя относится несколько по­ ниженный cos ср но сравнению с двигателями нормального исиол-

339

нения. Пто объясняется относительно большим индуктивным сопро­ тивлением рассеяния рабочей обмотки.

Наряду с этим двухклеточный двигатель требует повышенной затраты цветных металлов и в конструктивном отношении сравни­ тельно сложен.

Так как двухклеточный двигатель имеет две обмотки, то соответ­ ственно этому строятся две окружности токов — окружность токов рабочей обмотки Кр и окружность токов пусковой обмотки Кп (рис. 28-11). Точка холостого хода Н лежит на окружности К р, точка короткого замыкания К — на окружности Ка. Геометрическим местом токов двухклеточного двигателя является линия, совпадающая с окру­ жностью токов Кр, начиная от точки Н, а затем плавно переходящая окружность токов Кп-

28-6. Глубокопазный двигатель

Глубокопазный двигатель в настоящее время рассматривается как основной тип двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора.

В глубокопазных двигателях применяются стержни обмотки ротора с достаточно большим отношением высоты /гст к ширине ЬСТ

Рис. 28-12. Вытеснение тока в проводнике, находя­ щемся в пазу: а — картина поля; б — распределение плотности тока; в — эквивалентный проводник при вытеснении тока

(рпс. 28-12, а). Так как магнитные линии стремятся идти по пути наименьшего сопротивления, то центр поля рассеяния опустится к основанию паза, и магнитный поток распределится так, как это показано на рисунке.

Нижние части стержня оказываются сцепленными с большим числом линий потока рассеяния, а верхние — с меньшим. При пуль-

340

(сплошная линия на рис. 28-12, а) наводит э. д. с. е, одинаковую по всей высоте стержня, так как линии этого потока сцеплены с полным

э. д. с. еа противодействует изменению потока рассеяния и поэтому направлена встречно относительно е.

Таким образом, ток і, а стало быть, и плотность тока тем больше, чем меньше еа, т. е. происходит вытеснение тока в верхнюю часть стержня (рис. 28-12, б). Вслед­ ствие этого, во-первых, умень­ шается используемая площадь поперечного сечения стержня

Рис. 28-14. Механические ха­ рактеристики глубокопазного двигателя

(рис. 28-12, в) и, таким образом, увеличивается его активное соп­ ротивление гст, а во-вторых, нижняя часть стержня освобождается от поля рассеяния, и индуктивное сопротивление жст уменьшается по сравнению с сопротивлениями стержня гст0 и хста при равномер­ ном распределении тока по сечению. Относительное изменение активного и индуктивного сопротивлений при вытеснении тока характеризуется коэффициентами кг и кх, причем

кг = гс?/гCTq и кх= £ст/*£сто*

Коэффициенты кг и кх определяются в основном приведенной вы­ сотой стержня Е, (рис. 28-13), которая зависит от высоты стержня her, отношения ширины стержня 5СТк ширине паза Ьп, частоты в стержне fs и удельного сопротивления материала стержня р

г°п . Р

341

kr—2,5 -7-4, /сд.~ 0,6 -f-0/i, т.е. активное сопротивление стержня в пазу заметно возрастает, а индуктивное уменьшается. Поэтому пусковой ток глубоконазного двигателя относительно меньше, чем двигателя нормального исполнения, а пусковой момент больше. Соответствую­ щие данные приводятся в табл. 28-1 в сопоставлении с аналогичными данными двигателей нормального исполнения и двухклеточных. Пусковые характеристики глубокопазного двигателя лучше, чем двигателя нормального исполнения, но уступают пусковым харак­ теристикам двухклеточного двигателя. На рис. 28-14 приведена меха­ ническая характеристика 1 глубокопазного двигателя и зависимость пускового тока от скольжения (линия 2). Для сравнения показана механическая характеристика 3 двигателя нормального исполнения.

По мере увеличения скорости вращения ротора активное сопроти­ вление обмотки уменьшается, и распределение тока становится более равномерным.

При нормальной скорости вращения, когда частота тока в роторе мала, вытеснение тока прекращается (кг = 1, кх = 1) и двигатель с глубоким пазом практически приобретает свойства обыкновенного двигателя нормального исполнения. Поэтому в пределах работы при скольжениях от s = 0 примерно до s = 0,2 геометрическое место тока глубокопазного двигателя представляет собой окружность, но затем, по мере увеличения скольжения, оно все более отступает от окружности, приобретая вид линии на рис. 28-15.

Вследствие относительно большого индуктивного сопротивления ротора глубокопазный двигатель имеет меньший cos ф и меньшую перегрузочную способность, чем двигатель нормального испол­

тики глубокопазного двигателя несколько хуже, чем двигатели нор­ мального исполнения; таким образом, улучшение пусковых харак­ теристик глубокопазного двигателя приобретается за счет некоторого, впрочем небольшого, ухудшения его рабочих характеристик.

В конструктивном отношении стержни обмотки ротора глубоко­ пазного двигателя могут иметь различную форму. Широко приме­ няется стержень прямоугольной формы, показанный на рис. 28-12, а. Но при пуске двигателя в ход в высоких стержнях обмотки ротора

342