ГЛАВА 9 Проектирование асинхронных машин (Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин), страница 2

со степенью защиты IP23, А=225 мм:

1 — вал; 2,9 — подшипниковые щиты; 3 — коробка выводов; 4 — сердечник статора; 5 — сер­дечник ротора; 6 — лобовые части обмотки статора; 7 — лобовые части обмотки ротора; 8 — вентилятор; 10 — кожух контактных колец; 11 — контактные кольца; 12 — корпус

Рис. 9.6. Изменение тока и момента при реостатном пуске

асинхронного двигателя с фазным ротором:

1—3 — характеристики при различных ступенях пускового реостата с последовательно убываю­щими значениями сопротивлений; 4 — естественные характеристики; М_наиб, М_наим — наиболь­ший и наименьший моменты, развиваемые двигателем в процессе реостатного пуска; I_2наиб, I_2нанм — наибольший и наименьший токи ротора во время разгона двигателя

Технология изготовления роторов с короткозамкнутой обмот­кой значительно проще, чем фазных. Кроме того, в связи с отсутст­вием изоляции, контактных колец, скользящих контактов и пуско­вых реостатов уменьшаются габариты и стоимость двигателей, повышается их надежность и упрощаются техническое обслуживание и эксплуатация. Поэтому большинство современных асинхрон­ных двигателей выполняют с короткозамкнутыми роторами. Одним из недостатков асинхронных двигателей с короткозамкнутыми роторами является невозможность включить в цепь ротора во время пуска реостат для увеличения пускового момента и снижения тока. При проектировании двигателей с короткозамкнутыми роторами направленным выбором параметров ограничивают пусковой ток до 6 – 7 кратного по сравнению с номинальным, а для повышения пусковых моментов используют эффект вытеснения тока в стержнях обмотки ротора. Он заключается в неравномерном распределении плотности тока по поперечному сечению стержня. Под действием эффекта вытеснения плотность тока в ближайшей к дну паза части каждого стержня уменьшается, а в верхней возрастает. Неравномерность распределения плотности тока вызывает увеличение электрических потерь в обмотке, эквивалентное увеличению ее активного сопротивления, и пусковой момент двигателя возрастает.

Действие эффекта вытеснения тока проявляется в большей степени при большей частоте тока, поэтому в двигательном режиме наибольшая неравномерность распределения плотности тока по сечению стержня наблюдается при s = 1, когда f₂ = f₁. При этом же скольжении будет и наибольшее эквивалентное сопротивление обмотки ротора, вызывающее увеличение пускового момента. При разгоне двигателя частота тока в роторе уменьшается (f₂ = f_1s) и соответстственно уменьшается сопротивление обмотки. В режимах, близких к номинальному, частота тока в роторе мала, эффект вытеснения тока практически не проявляется и плотность тока одинакова по всему сечению стержней ротора.

Увеличение эквивалентного сопротивления под действием эффекта вытеснения тока проявляется в большей степени в стержнях, поперечное сечение которых имеет большую высоту или уменьшен­ную площадь верхней части по сравнению с нижней. Поэтому в роторах двигателей, предназначенных для работы с тяжелыми условиями пуска, делают глубокие прямоугольные пазы (глубокопазные роторы) или стержни обмотки выполняют фигурными. Обмотки роторов с фигурными пазами выполняют в большинстве двигателей заливкой алюминием или его сплавами. Это позволяет выполнять конфигурацию пазов с оптимальными размерными соотношениями стержней для достижения требуемого действия эффекта вытеснения тока.

Еще больший эффект увеличения сопротивления при пуске воз­никает в роторах с двойной беличьей клеткой, в пазах которой друг над другом располагают стержни двух обмоток. Верхние стержни образуют одну обмотку, нижние — другую. При пуске, когда эффект вытеснения тока проявляется в наибольшей степени, практически весь ток протекает по верхней клетке. Ее называют пусковой. При работе в номинальном режиме и с малыми скольжениями дей­ствие эффекта вытеснения тока очень мало и ток распределяется равномерно по обеим обмоткам пропорционально их активному со­противлению. Обмотку, образованную нижними стержнями, называют рабочей.

Обмотки роторов с двойной беличьей клеткой выполняют как литыми, так и из вставных стержней. В литых обмотках обе клет­ки — и рабочую, и пусковую — и замыкающие кольца одновремен­но заливают одинаковым металлом. В роторах со вставными стерж­нями рабочую обмотку выполняют из медных, а пусковую — обычно из латунных стержней. В таких роторах замыкающие кольца обмоток раздельные, из того же материала, что и стержни. Латунь применяют для пусковых клеток, так как она имеет большее удельное сопротивление, чем медь, и сопротивление обмотки рото­ра в пусковых режимах возрастает сильнее, чем при стержнях из одинакового материала. Кроме того, теплоемкость латуни выше, чем меди, поэтому нагрев латунных стержней за время пуска двига­теля ниже, чем медных того же размера.

Двигатели с фигурными пазами или с двойной клеткой на ро­торе имеют более высокие пусковые характеристики, чем с гру­шевидными или полуовальными пазами, однако у них больше индуктивное сопротивление обмоток роторов. Это приводит к понижению максимальных моментов и ухудшению коэффициента мощности двигателей в номинальном режиме. Поэтому такие роторы выполняют лишь для двигателей, предназначенных для тяжелых условий пуска, для которых требования к пусковым ха­рактеристикам более важны, чем к другим энергетическим пока­зателям [6].

9.2. ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ 4А

Асинхронные двигатели являются основными двигателями в электроприводах практически всех промышленных предприятий. В СССР выпуск асинхронных двигателей превышал 10 млн. штук в год. Наиболее распространены двигатели на номинальное напряже­ние до 660 В,

суммарная установленная мощность которых состав­ляет около 200 млн. кВт.

Двигатели серии 4А выпускались в 80-х г. XX в. в массовом количестве и в настоящее время эксплуатируются, практически, на всех промышленных предприятиях России. Серия охватывает диапазон мощностей от 0,6 до 400 кВт и построена на 17 стан­дартных высотах оси вращения от 50 до 355 мм (табл. 9.1 и 9.2). Серия включает основное исполнение двигателей, ряд модифика­ций и специализированные исполнения. Двигатели основного ис­полнения предназначены для нормальных условий работы и применяются двигателями общего назначения. Это трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, рассчитанные на частоту сети 50 Гц. Они имеют исполнение по степени защиты IР44 во всем диапазоне высот оси вращения и IP23 в диапазоне высот осей вращения 160...355 мм.

Т а б л и ц а 9.1. Увязка мощности высоты исполнение по степени

оси вращения двигателей серии 4А, защиты IP44

Таблица 9.2. Увязка мощности и высоты оси вращения двигателей