Файл: Нейман, З. Б. Крупные вертикальные электродвигатели переменного тока.pdf

5-1. ДВИГАТЕЛЬ С ДВОЙНОЙ КЛЕТКОЙ

В случае двухклеточного исполнения ротора верхняя клетка выполняется из латунных стержней, а нижняя — из медных. В момент пуска и при малой частоте враще­ ния, когда скольжение ротора велико, индуктивное со­ противление нижней клетки много больше, чем верхней, и в несколько раз больше активного сопротивления. В верхней клетке двигателей рассматриваемого диапа­ зона мощностей протекает около 80—90% суммарного роторного тока, и вращающий момент создается в ос­ новном взаимодействием статорного поля с током в верх­ ней клетке. Поскольку вращающий момент пропорцио­ нален активному сопротивлению, верхняя клетка выпол­ няется из латунных стержней и диаметр стержней бе­ рется меньше, чем у нижней клетки.

По мере нарастания частоты вращения частота тока в роторе и индуктивное сопротивление обмотки па­ дают. При номинальной частоте вращения частота тока в роторе насосных двигателей около 0,5 Гц и индуктив­ ным сопротивлением обмотки можно пренебречь. Актив­ ное сопротивление нижней клетки меньше, чем верхней, и около 80% роторного тока протекает по нижней клет­ ке. Нижняя клетка выполняется из медных стержней. Поскольку стержни не изолированы и имеют хорошую теплоотдачу, плотность тока в нижней клетке при номи­

деление ротора, см.

Сечение стержня верхней клетки выбирается из усло­ вия нагрева при пуске; оно обычно на 20—25% меньше сечения нижнего стержня. Плотность тока в стержнях верхней клетки в номинальном режиме / = 1,5н-'2,2 А/мм2.

В процессе пуска стержни верхней клетки имеют более высокую температуру, чем стержни нижней, и испытывают большее удлинение. Во избежание обрыва стержней верхняя и нижняя клетки имеют отдельные короткозамыкающие кольца.

39

Сечение короткозамыкающего кольца нижней клетки

qR= (0,25-=-’0,3) qcZ2/p,

где qc — сечение нижнего стержня.

Плотность тока в короткозамыкающем кольце ниж­ ней «летки /я = 3-И5 А/мм2 (большие значения у более быстроходных машин).

Сечение короткозамыкающего кольца верхней клетки

для уменьшения температурных напряжений. Сечение короткозамыкающего кольца верхней клетки приблизи­ тельно равно сечению нижнего кольца или на 10—15% меньше. Плотность тока в кольце в номинальном режи­ ме /яв=1ч-,2 А/мм2, при пуске в 15—20 раз больше. Для уменьшения индуктивного сопротивления роторной об­ мотки стержни располагают в пазах со шлицами. Шлиц верхней клетки обычно имеет размеры 2X2 или 3X3 мм.

Верхний и нижний стержни разделяют шлиц, разме­ рами которого можно в некоторой степени влиять на величину пускового тока. Для снижения пускового тока высоту шлица берут в 3—2,5 раза больше, чем ширину. Обычно размеры шлица 5X2 мм.

Характеристики двигателя (токи в обмотках, к. п. д., скольжение, cos ср, момент на валу) могут быть опреде­ лены аналитически из схемы замещения или графически из круговой диаграммы, построенной на основании сх$-

40

МЫ ЗаМещеППя. В том и другом случае необходимо ЗИаТЬ

параметры (активные и индуктивные сопротивления) статорной и роторной обмоток, приведенные к обмотке

кой.

статора. На-рис. 5-2,а приведена схема замещения асин­ хронного двигателя с двойной беличьей клеткой, а на рис. 5-3 —круговая диаграмма.

Параметры. Параметры статора рассчитываются, как указано в гл. 4. В схеме замещения верхняя и нижчяя клетки ротора электрически соединены параллельно. Если обозначить отношение сопротивлений нижней и верхней клеток через а, то активное сопротивление ро­ тора, приведенное к обмотке статора, в схеме замещения

где г"н —приведенное активное сопротивление нижней клетки по (4-15) и (4-18); а='Гн/гв.

Индуктивные сопротивления верхней и нижней кле­ ток рассчитываются по (4-16). Поток рассеяния верхней клетки при наличии шлица между клетками является в основном потоком взаимной индукции с нижней клет­ кой, так как линии рассеяния стремятся замкнуться по стали. На рис. 5-2 х"п— индуктивное сопротивление верхней клетки; х"н— индуктивное сопротивление рас­ сеяния нижней клетки.

41

Проводимость потока рассеяния верхней клетки

2Яв.К ~ Яп + Як+ ЯЛ,

где Яп— проводимость рассеяния круглого паза со шли­ цом высотой hs и шириной bs:

Як — проводимость рассеяния по «коронкам зубцов»:

Ял —проводимость короткозамыкающего кольца и лобо­ вых частей стержней обмотки:

Проводимость рассеяния нижней клетки

2 Ян.к —Яп + Ял,

где Яп и Ял — рассчитываются аналогично (5-1) и (5-3). Теоретический анализ схемы замещения (Л. 4] пока­ зывает, что при малых скольжениях эквивалентное ин­

дуктивное сопротивление ротора

где x"f — индуктивное сопротивление нижней клетки, отнесенное к полному току ротора:

=(1 +Гн/Гв). = = ' ( 1 + ”)*'•

При малых скольжениях (s^0,2-r-0,3) двигатель эквивалентен одноклеточному, имеющему сопротивления ротора г'г и x"2 =x"B + x"f. Ток ротора при изменении скольжения описывает окружность, диаметр которой

42

В рабочем режиме все характеристики двигателя

Круг Ка характеризует некий фиктивный (так назы­ ваемый исходный) двигатель, у которого индуктивное сопротивление ротора равно индуктивному сопротивле­ нию верхней клетки, а активное — активному сопротив­ лению реального рассматриваемого двигателя. Центр пускового круга лежит на прямой, соединяющей центр круга исходного двигателя с точкой s = l на этом круге. Положение точки s = l реального двухклеточного двига­ теля находится построением вспомогательной окружно­ сти Кх, центр которой расположен на касательной к окружности Ка в точке короткого замыкания исход­ ного двигателя (s= l). Вспомогательная окружность пересекает круг Ка в точке В, для которой активное со­ противление двигателя равно r'l + r'^, т. е. активное

сопротивление ротора равно сопротивлению верхней клетки.

5-2. ДВИГАТЕЛЬ С ПАЗАМИ КОЛБОВИДНОГО ПРОФИЛЯ

В асинхронных двигателях с глубокими пазами ро­ тора используется эффект вытеснения тока для получе­ ния высокого пускового момента. Как известно, коэффи­ циенты увеличения активного сопротивления проводни­ ка kr и уменьшения его индуктивного сопротивления kx зависят от так называемой приведенной высоты провод­ ника:

43

Для стержня колбовидного сечения коэффициенты kr и kx могут быть рассчитаны по формулам в [Л. 8 ]:

а и h — размеры прямоугольной части стержня, см; дч— площадь сечения круглой части стержня, см2.

Для наиболее употребительных размеров стержней

г"R— приведенное сопротивление кольца.

Проводимость рассеяния паза колбовидного профиля может быть определена по [Л. 8 ] (см. рис. 5-4)

44

Проводимость рассеяния лобовых частей и по корон­ кам зубцов определяется по (5-3) и (5-2). Эффект вы­ теснения тока проявляется в уменьшении проводимости

Рис. 5-4. Коэффициенты kr и kx для расчета активного и индуктивного сопротивлений стержня колбовидного профиля.

рассеяния паза, которое выражается через коэффициент kx, меньший единицы:

Индуктивное сопротивление части обмотки, лежащей в сердечнике, зависящее от эффекта вытеснения тока,

Рие. 5-5. Схема замещения двигателя е глубо­ ким пазом.

45