Прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей специального исполнения
К короткозамкнутым асинхронным двигателям специального исполнения относятся:
1. двигатели с повышенным скольжением;
2. глубокопазные;
3. двухклеточные.
По сравнению с асинхронными двигателями нормального исполнения эти двигатели имеют улучшенные пусковые свойства, а именно:
1. пониженные пусковые токи;
2. увеличенные пусковые моменты.
Объясним, каким образом получены эти свойства.
Из теории электрических машин известно, что электромагнитный момент асинхронных электродвигателей определяется выражением
М = сI' 
cosψ 
Ф,
где с – конструктивный коэффициент (величина постоянная);
I' –т.н. приведенный (к обмотке статора) ток ротора;
ψ –угол сдвига по фазе между векторами ЭДС обмотки ротора Е' и приведенным током I' ;
I' cosψ – активная составляющая тока ротора;
Ф – значение вращающегося магнитного потока обмотки статора.
Если сказать проще, то электромагнитный момент двигателя тем больше, чем больше активная составляющая тока ротора, а для ее увеличения надо увеличивать активное сопротивление проводников обмотки ротора.
Увеличение активного сопротивления обмотки ротора, помимо увеличения пускового момента двигателя, дает и второе преимущество: уменьшение пусковых токов.
Таким образом, увеличивая активное сопротивление обмотки ротора, можно:
a) увеличить пусковой момент двигателя,
b) уменьшить пусковой ток двигателя.
Такими положительными свойствами обладают т.н. двигатели с улучшенными пусковыми свойствами. К последним относятся асинхронные двигатели:
1. с повышенным скольжением;
2. с глубокими пазами на роторе;
3. с двойной беличьей клеткой на роторе;
4. с фазной обмоткой на роторе (с фазным ротором).
Асинхронные двигатели с повышенным скольжением по сравнению с обычными асинхронными двигателями имеют увеличенный пусковой момент (рис. 9.14). Для этого искусственно уменьшают сечение проводников обмотки ротора, вследствие чего увеличивается их активное сопротивление, а значит, активная составляющая тока ротора и электромагнитный момент двигателя, прямо пропорциональный этой составляющей (см. выше).
Рис. 9.14. Механические характеристики асинхронных двигателей обычного исполнения (1) и с повышенным скольжением (2)
Недостатком этих двигателей является пониженная (по сравнению с двигателями обычного исполнения) скорость вращения ротора.
У двигателей с глубоким пазом обмотка на роторе выполнена в виде стержней прямоугольного профиля с высотой – h, превосходящей ширину– b в 15…20 раз ( рис. 9.15 )
Увеличение активного сопротивления обмотки ротора при пуске объясняется поверхностным эффектом.
Рис. 9.15. Глубокопазная обмотка ротора (а) и кривая распределения тока по высоте паза (б)
Суть этого явления состоит в том, что на переменном токе основная часть тока проводника вытесняется на его поверхность. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление центральной части проводника гораздо больше по сравнению с сопротивлением поверхностного слоя.
При пуске частота тока в роторе f = 50 Гц, нижняя часть проводника обмотки ротора имеет увеличенное индуктивное сопротивление, поэтому пусковой ток вытесняется в верхнюю часть, что равнозначно уменьшению площади его поперечного сечения, т.е. увеличению активного сопротивления. В результате уменьшается пусковой ток и одновременно увеличивается пусковой момент.
При номинальной скорости и небольшой частоте тока ротора (1.. .3 Гц) поверхностный эффект пропадает, ток распределяется равномерно по высоте проводника.
В двухклеточных асинхронных двигателях (рис. 9.16) использованы оба способа повышения активного сопротивления.
Рис. 9.16. Двухклеточная обмотка ротора асинхронного двигателя ( а ) и его механические характеристики: пусковой обмотки ( 1 ), рабочей обмотки ( 2 )и 1- механическая характеристика.
Эти двигатели имеют пусковую обмотку П, которая работает как обмотка ротора двигателя с повышенным скольжением, и рабочую Р, которая работает как глубокопазная.
Эксплуатационные показатели двигателей специального исполнения хуже, чем у двигателей нормального исполнения. Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности cosφ у них ниже, а стоимость выше.
На судах из перечисленных выше трех типов двигателей специального исполнения используется только один – двигатель с двумя клетками. Такие двигатели установлены в электроприводах грузовых лебедок на судах польской постройки ( типа «Муром» ).