高 翀

(龍煤七臺(tái)河礦業(yè)有限責(zé)任公司龍湖選煤廠，黑龍江 七臺(tái)河 154600)

1 線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

1.1 逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法

這種啟動(dòng)電阻的方法能使電動(dòng)機(jī)在整個(gè)啟動(dòng)過程中保持較大的加速轉(zhuǎn)矩，縮短啟動(dòng)時(shí)間。小容量線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電阻常用高電阻率的金屬絲制成，大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電阻則用鑄鐵電阻片制成。

1.2 頻敏變阻器啟動(dòng)法

采用逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法啟動(dòng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)矩的突變會(huì)引起機(jī)械沖擊，而且需要手動(dòng)操作啟動(dòng)變阻器或鼓形控制器來切除電阻。或用繼電器、接觸器自動(dòng)切換電阻。但前者難以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)要求，而且對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度不利。后者則會(huì)增加控制設(shè)備的費(fèi)用，維修也較麻煩。單從啟動(dòng)方面而言，逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法還存在一些不足。為克服上述缺點(diǎn)，可將頻敏變阻器作為啟動(dòng)電阻，電阻值會(huì)隨轉(zhuǎn)速的上升而自動(dòng)減小，可以做到自動(dòng)控制電阻，使電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)完成啟動(dòng)，而且無需增加控制電器。

圖1 頻敏變阻器Fig.1 Frequency sensitive rheostat

頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，它是一個(gè)鐵心損耗很大的三相電抗器。鐵心由一定厚度的幾塊實(shí)心鐵板或鋼板疊成，渦流損耗較大，可做成三柱式，每柱上繞有一個(gè)線圈，三線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，如圖1(b)所示。頻敏變阻器能取代啟動(dòng)電阻的原因在于額敏變阻器線圈通過轉(zhuǎn)子電流時(shí)，將會(huì)在鐵心中產(chǎn)生交變磁通。在交變磁通的作用下，鐵心中就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流可使鐵心發(fā)熱。從電能損失觀點(diǎn)看，和電流通過電阻發(fā)熱而損失電能一樣，可以把渦流的存在看成一個(gè)電阻R。鐵心中交變的磁通又在線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，阻礙了電流流通，因而有感抗X(即電抗)存在，所以頻敏變阻器就相當(dāng)于電阻R和電抗X的并聯(lián)電路。我國(guó)生產(chǎn)的頻敏變阻器系列產(chǎn)品有不經(jīng)常啟動(dòng)和重復(fù)短時(shí)工作制啟動(dòng)兩類，前者在啟動(dòng)完畢后要用接觸器KM短接，后者則不需要。為了使單臺(tái)頻敏變阻器的體積、質(zhì)量不會(huì)過大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，可將多臺(tái)額敏變阻器串聯(lián)使用。

2 特殊鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)分類

普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、啟動(dòng)電流大。雖然有幾種降壓?jiǎn)?dòng)的方法可改善其啟動(dòng)性能，但仍然存在轉(zhuǎn)矩顯著下降的問題，很難滿足啟動(dòng)次數(shù)頻繁且需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械(主要是起重運(yùn)輸機(jī)械和冶金企業(yè)中的各種輔助機(jī)械)的要求。為了既能保持鼠籠式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，又能獲得較好的啟動(dòng)性能，可從電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上采取適當(dāng)措施，以設(shè)計(jì)出可滿足要求的特殊結(jié)構(gòu)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

2.1 高轉(zhuǎn)差率鼠籠式電動(dòng)機(jī)

這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)完全相同，只是其轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與同容量的鼠籠式電動(dòng)機(jī)相比，它的截面積要小一些，而且是用電阻系數(shù)較高的鋁合金做成，轉(zhuǎn)子電阻較大。但這種電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，啟動(dòng)電流小，適用于啟動(dòng)頻繁和具有較大飛輪慣量和不均勻沖擊負(fù)載及逆轉(zhuǎn)次數(shù)較多的機(jī)械上。這類電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子電阻較大，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)損耗會(huì)增大，效率會(huì)降低。

2.2 深槽式異步電動(dòng)機(jī)

由于高轉(zhuǎn)差鼠籠式電動(dòng)機(jī)存在上述缺點(diǎn)，所以希望設(shè)計(jì)出一種啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻較大、正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)變小的電動(dòng)機(jī)，這就是設(shè)計(jì)制造深槽式異步電動(dòng)機(jī)的指導(dǎo)思想。深槽式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽形設(shè)計(jì)要深而窄，通常槽深與槽寬之比為1∶10或1∶12以上，以增強(qiáng)集膚效應(yīng)，改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中流過電流時(shí)，槽漏磁的分布如圖2所示。可以認(rèn)為它沿基高度分成了許多層(圖2中分成了6層)，各層所交鏈漏磁通的數(shù)量不同，底部一層最多，而頂上一層最少。與漏磁通相應(yīng)的漏電抗也都是底層最大，上層最小?，F(xiàn)代的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽形都在向著加深的方向發(fā)展。

2.3 雙鼠籠式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子有兩套鼠籠繞組，分別稱為外層繞組(內(nèi)籠1)和內(nèi)層繞組(內(nèi)籠2)，在內(nèi)外層繞組之間通常留有一道狹窄的縫隙，如圖3所示。外層繞組導(dǎo)條截面積較小，常用電阻系數(shù)較大的導(dǎo)體(黃銅、錳銅、鉛青銅)制成，故電阻R2ex較大。而內(nèi)層繞組的導(dǎo)條截面積較大，通常用電阻系數(shù)較小的導(dǎo)體(紫銅)制成，故電阻R2i較小?？p隙的存在使外籠的漏磁通也要經(jīng)過內(nèi)籠底部閉合，故內(nèi)籠交鏈的漏磁通比外籠的多。內(nèi)層繞組的電抗比外層繞組的大。

圖2 深槽式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子漏磁通Fig.2 Leakage magnetic flux of deep slot type motor rotor

圖3 雙鼠籠式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子槽和漏磁通分布Fig.3 Rotor slot-pitch and leakage magnetic flux distribution of double squirrel cage motor

電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，S很小，f2也很小，轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩層繞組的電抗都遠(yuǎn)小于它們的電阻。此時(shí)的轉(zhuǎn)子電流主要決定于轉(zhuǎn)子電阻，在S很小時(shí)，外籠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小于內(nèi)籠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，即正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩主要由內(nèi)籠產(chǎn)生，所以內(nèi)籠又稱為工作籠。

雙鼠籠式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)比同容量的鼠籠式電動(dòng)機(jī)具有更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的啟動(dòng)電流，同時(shí)改變了外籠的幾何尺寸和導(dǎo)條材料及內(nèi)外籠之間的縫隙大小，這樣就可以靈活改變內(nèi)外籠的參數(shù)，從而得到不同的啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩特性，以滿足各種不同負(fù)載的需求，這也是雙籠式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于深槽式異步電動(dòng)機(jī)的地方。

深槽式異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，雖然集膚效應(yīng)較弱，但由于轉(zhuǎn)子槽形較深，其轉(zhuǎn)子漏電抗比普通鼠籠型轉(zhuǎn)子要大一些，因此額定功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩比也比普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)稍低，但它們都具有較好的啟動(dòng)性能，在工業(yè)上得到了廣泛應(yīng)用。實(shí)際上，功率大于100 kW的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)都被做成了雙鼠籠式或深槽式。