Асинхронный электродвигатель: устройство и принцип работы

Самым эффективным устройством, превращающим электрическую энергию в механическую, является асинхронный двигатель, изобретенный инженером Доливо-Добровольским в конце 19 века. Учитывая возрастающий интерес современников к разработке и сборке станков, самодвижущихся аппаратов и прочих механизмов, мы постараемся объяснить, как работает асинхронный электродвигатель, чтобы вы могли понять принцип его действия и результативно его использовать.

Устройство асинхронного электродвигателя

В его конструкцию входят следующие элементы:

• Статор цилиндрической формы, собранный из стальных листов. Сердечник статора имеет пазы, в которые уложены обмотки. Их оси сдвинуты на 120 градусов по отношению друг к другу.
• Ротор (короткозамкнутый или фазный). Первый вариант представляет собой сердечник с алюминиевыми стержнями, накоротко замкнутыми торцевыми кольцами (беличья клетка). Второй вариант состоит из трехфазной обмотки, чаще всего соединенной «звездой».
• Конструктивные детали – вал, подшипники, лапы, подшипниковые щиты, крыльчатка и кожух вентилятора, коробка выводов — обеспечивающие вращение, охлаждение и защиту механизма.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Принцип работы асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного электродвигателя заложен в его названии (не синхронный). То есть статор и ротор при включении создают вращающиеся с разной частотой магнитные поля. При этом частота вращения магнитного поля ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Чтобы более наглядно представить себе этот процесс, возьмите постоянный магнит и покрутите его вокруг своей оси возле медного диска. Диск с небольшим отставанием начнет вращаться вслед за магнитом. Дело в том, что при вращении магнита в структуре диска возбуждаются токи Фуко (индукционные токи), движущиеся по замкнутому кругу. По сути они являются токами короткого замыкания, разогревающими металл. В диске «зарождается» собственное магнитное поле, в дальнейшем взаимодействующее с полем магнита.

В асинхронном двигателе для получения вращающегося поля используются обмотки статора. Магнитный поток, образованный ими, создает ЭДС в проводниках ротора. При взаимодействии магнитного поля статора и индуцируемого тока в обмотке ротора создается электромагнитная сила, приводящая во вращение вал электродвигателя.

Пошагово процесс выглядит следующим образом:

1. При запуске двигателя магнитное поле статора пересекается с контуром ротора и индуцирует электродвижущую силу.
2. В накоротко замкнутом роторе возникает переменный ток.
3. Два магнитных поля (статора и ротора) создают крутящий момент.
4. Крутящийся ротор пытается «догнать» поле статора.
5. В тот момент, когда частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадут, электромагнитные процессы в роторе затухают и крутящий момент становится равным нулю.
6. Магнитное поле статора возбуждает контур ротора, который к этому моменту снова отстает.

То есть ротор всегда медленнее магнитного поля статора, что и обеспечивает асинхронность.

Поскольку ток в роторе индуцируется бесконтактно, отпадает необходимость установки скользящих контактов, что делает асинхронные двигатели более надежными и эффективными. Изменяя направление тока в одной из обмоток (для этого нужно поменять фазы на клеммах), вы можете «заставить» мотор вращаться в ту или другую сторону.

Направление электромагнитной силы легко определить, вспомнив школьный курс физики и воспользовавшись «правилом левой руки».

На частоту вращения магнитного поля статора влияет частота питающей сети и число пар полюсов. Поскольку число пар полюсов зависит от типа двигателя и остается неизменным, то, если вы хотите изменить частоту вращения поля, необходимо изменить частоту питающей сети с помощью преобразователя.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту.

Двигатели этого типа характеризуются:

• Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
• Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
• Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
• Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Принцип работы асинхронного электродвигателя | Русэлт

Асинхронные электродвигатели – это устройства, главным назначением которых является преобразование энергии переменного электротока в механическую. Своим названием двигатель обязан асинхронному типу вращения ротора относительно частоты вращения магнитного поля, индуцирующего электроток в обмотке статора.

Принцип работы на примере асинхронного электродвигателя трехфазного тока

Этот тип электрического двигателя наиболее часто применяется в различных сферах промышленности. Двигатель имеет 3-и обмотки на статоре, со смещением на 120 градусов. Обмотки запитаны переменным током и объединены по схеме «звезда» или «треугольник». При подаче напряжения на обмотку статора во всех трёх фазах появится магнитный поток.

Вместе с изменением частоты напряжения на обмотке статора, изменяется и магнитный поток. Фазы и магнитные потоки смещены относительно друг друга на сто двадцать градусов. Суммарный магнитный поток и будет вращающимся магнитным потоком, создающим электродвижущую силу (ЭДС). ЭДС, в замкнутой электроцепи обмотки ротора, индуцирует электроток. Во взаимодействии с магнитным потоком статора, ток создает пусковой момент электрического двигателя. Ротор начинает вращение в таком же направлении, что и магнитное поле статора при превышении пусковым моментом двигателя его тормозного момента.

Преимущества и недостатки асинхронных электродвигателей

Простота эксплуатации и хорошая ремонтопригодность – главные достоинства асинхронного двигателя, сделавшие его наиболее востребованным в очень разных сферах машиностроения и приборостроения. Привлекает и:

• Сравнительно невысокая цена;
• Надёжность
• Несложность подсоединения в общую электроцепь устройств.

Асинхронные электродвигатели имеют и ряд недостатков:

• Трудности с точным регулированием скорости;
• Большой пусковой ток;
• Относительно невысокий коэффициент мощности.

По типу обмотки ротора, короткозамкнутой или фазной, асинхронные двигатели, подразделяются на 2 типа:

• Электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют обмотку, замыкающуюся на сам ротор;
• Электродвигатели с фазным ротором – обмотку с концами, выведенными на щеточно-коллекторный узел.

Преимущество двигателя с фазным ротором в том, что скорость вращения можно регулировать путем подключения дополнительных сопротивлений (реостатного регулирования).

Короткозамкнутые асинхронные двигатели

Короткозамкнутые асинхронные двигатели по конструкции ротора имеют следующие модификации: с одиночной беличьей клеткой; глубокопазные; с двойной беличьей клеткой, или двухклеточные. Конструктивное отличие этих модификаций обусловливает различие характеристик этих машин, в первую очередь пусковых, о чем более подробно будет сказано в последующих разделах.

Асинхронные двигатели с одиночной беличьей клеткой на роторе имеют пазы, выштампованиые в листовой стали, овальной или круглой формы (рис. 8,а). Сверху эти пазы перекрываются мостиком толщиной 0,4—0,5 мм и заливаются алюминием. С обоих торцов ротора располагаются алюминиевые кольца, которые замыкают все отлитые в пазах стержни. Такая литая единая беличья клетка часто дополнительно снабжается с обеих сторон ротора специальными алюминиевыми крыльями (см. рис. 1). Эти крылья устанавливаются для увеличения теплоотвода от короткозамкнутого ротора и для лучшей вентиляции внутри асинхронной машины.

Рис. 1. — Литая алюминиевая беличья клетка ротора короткозамкиутого асинхронного двигателя (с короткозамыкающим кольцом и вентиляционными лопатками).

В асинхронных электродвигателях с глубокопазным ротором (рис. 2, б) беличья клетка изготавливается обычно из медных стержней прямоугольного сечения. Короткозамыкающие кольца по торцам ротора, как правило, выполняются также из меди, в которых профрезеровываются прорези в соответствии с размерами прямоугольных стержней. Стержни и кольца припаиваются друг к другу тугоплавкими припоями.

Рис. 2. Пазы и стержни обмоток ротора. 

а — одиночная беличья клетка; б — глубокий паз; в — двойная беличья клетка.

Двухклеточный ротор (рис.2,в) выполняется с двумя беличьими клетками. Внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, благодаря чему обеспечиваются относительно большое ее активное сопротивление и сравнительно малое индуктивное. Эта обмотка выполняет функции пусковой в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора — внутренняя — изготавливается из меди с минимальным активным сопротивлением. Она выполняет функции основной рабочей обмотки двигателя. Обе обмотки имеют круглые пазы, однако внутренняя обмотка в ряде случаев выполняется прямоугольной или овальной формы. Короткозамыкающие торцевые кольца для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди.

Существуют другие модификации пазов ротора (бутылочного профиля, трапецеидального профиля), однако описанные выше являются наиболее характерными для асинхронных двигателей. 

При выборе электродвигателя необходимо проконсультироваться с заводом производителем

Источник: Архипцев Ю.Ф. Асинхронные электродвигатели. (1975) 

Статьи по теме:

КОНСТРУКЦИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Устройство и работа электродвигателя

Типы двигателей. Разбираемся в самом главном

Ротор электродвигателя » Гиброид.ру

Ротор электродвигателя — это подвижная часть, в машинах переменного тока его роль исполняет якорь. Электродвигатель – это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Электрическая машина состоит из неподвижной и подвижной частей – статора и ротора. Ротор электродвигателя постоянного тока часто называют якорем.

Различают короткозамкнутые и фазные роторы. Фазные используются с обмоткой и применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить пусковой ток, а также регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Такие двигатели раньше использовались в крановых установках, теперь же на смену фазным роторам пришли преобразователи частоты.

При включении машины в электрическую сеть в статоре возникает магнитное поле, которое пронизывает обмотку ротора, тем самым, наводя в ней ток индукции и приводя его во вращение. Если используется преобразователь частоты вращения, то часто вращение ротора устанавливается вручную. Если же такое устройство не применяется, то частота вращения зависит от числа пар полюсов и частоты питающего напряжения. Разность между частотами вращения магнитного поля подвижной и неподвижной частей характеризуется скольжением. Если эти частоты не совпадают между собой, то двигатель называется асинхронным. Конструкция подвижной части синхронного двигателя отличается. Она выполнена либо с постоянным магнитом, либо с электромагнитом, который имеет в себе часть беличьей клетки для запуска. В синхронных двигателях частоты вращения магнитных полей статора и ротора совпадают.

Ротор асинхронного электродвигателя состоит из листов электромеханической стали, и может быть выполнен с контактными кольцами либо короткозамкнутым с беличьей клеткой. При короткозамкнутой конструкции обмотка состоит из металлических стержней (чаще всего бронза, медь или алюминий), которые располагаются в пазах и соединены на концах кольцами. Соединение колец осуществляется с помощью припоя или сварки. Если же стержни изготавливаются из алюминия или алюминиевых сплавов, то припой и сварку провести нельзя. В таком случае необходимо выполнять кольца, вместе с расположенными на них лопастями, в виде литой детали или же штамповкой под давлением.

Ротор электродвигателя с контактными кольцами в пазах имеет трехфазную обмотку, которая очень похожа на обмотку статора, включенную в цепь соединением типа «Звезда». Начала фаз соединяются с контактными кольцами, которые закреплены на концах валов. Для регулирования частоты вращения и для плавного пуска двигателя можно к фазам обмотки через кольца и щетки подключить реостаты. После того, как подвижная часть двигателя успешно разгонится, контактные кольца накоротко замыкаются.

В шаговых электродвигателях ротор устанавливается с дискретным угловым перемещением. Заданное положение вала фиксируется с помощью подачи питания на соответствующую обмотку. Для того чтобы перейти в другое положение необходимо снять напряжение с одной обмотки и подать на другую. В вентильных электродвигателях питание обмоток осуществляется с помощью полупроводниковых элементов.

Устройство и принцип работы трехфазных асинхронных двигателей | RuAut

Устройство трехфазных асинхронных двигателей (статор и ротор асинхронных двигателей)

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из неподвижного статора и ротора. Три обмотки размещены в пазах на внутренней стороне сердечника статора асинхронного двигателя. Обмотка же ротора асинхронного двигателя не имеет электрического соединения с сетью и с обмоткой статора. Начало и концы фаз обмоток статора присоединяют к зажимам в коробке выводов по схеме звезда или треугольник.

Асинхронные двигатели в основном различаются устройством ротора, который бывает двух типов: фазный или короткозамкнутый. Обмотка короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя выполняется на цилиндре из медных стержней и называется «беличьей клеткой». Торцевые концы стержней замыкают металлическими кольцами. Пакет ротора набирают из электротехнической стали. В двигателях меньшей мощности стержни заливают алюминием. Фазный ротор и статор имеют трехфазную обмотку. Фазы обмотки соединяют звездой или треугольником и ее свободные концы выводят на изолированные контактные кольца.

Получение вращающегося магнитного поля

Обмотка статора асинхронного двигателя в виде трех катушек уложена в пазы расположенные под углом в 120 градусов. Начало и конца катушек обозначаются соответственно буквами A, B, C и X,Y,Z. При подаче на катушки трехфазного напряжения в них установятся токи Ia, Ib, Ic и катушки создадут собственное переменное магнитное поле. Ток в любой катушке положительный, когда он направлен от начала к ее концу и отрицательный при обратном направлении. Векторы намагничивающей силы совпадают с осями катушек, а их величина определяется значениями токов, направление результирующего вектора совпадает с осью катушки. Вектор результирующей намагничивающей силы поворачивается на 120 градусов сохраняя величину совпадает с осью соответствующей катушки. Таким образом за период, результирующее магнитное поле статора совершает оборот с неизменной скоростью. Работа трехфазного асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами наводимыми в проводниках ротора.

Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя

Совокупность моментов созданных отдельными проводниками образует результирующий вращающий момент двигателя, возникает электромагнитная пара сил, которая стремится повернуть ротор в направлении движения электромагнитного поля статора. Ротор приходит во вращение приобретает определенную скорость, магнитное поле и ротор вращаются с разными скоростями или асинхронно. Применительно к асинхронным двигателям, скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора.

Пуск асинхронных двигателей

В асинхронных двигателях с большим моментом инерции необходимо увеличение вращающего момента с одновременным ограничением пусковых токов — для этих целей применяют двигатели с фазным ротором. Для увеличения начального пускового момента в схему ротора включают трехфазный реостат. В начале пуска он введен полностью, пусковой ток при этом уменьшается. При работе реостат полностью выведен. Для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют три схемы: с реактивной катушкой, с автотрансформатором и с переключением со звезды на треугольник. Рубильник последовательно соединяет реактивную катушку и статор двигателя. Когда скорость ротора приблизится к номинальной, замыкается рубильник, он закорачивает катушка и статор переключаются на полное напряжение сети. При автотрансформаторном пуске по мере разгона двигателя, автотрансформатор переводится в рабочее положение, в котором на статор подается полное напряжение сети. Пуск асинхронного двигателя с предварительным включением обмотки статора звездой и последующим переключением ее на треугольник дает трехкратное уменьшение тока.

Изменение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя 

Параллельные обмотки двух фаз образуют одну пару полюсов сдвинутые в пространстве на 120 градусов. Последовательное соединение обмоток образует две пары полюсов, что дает возможность уменьшить скорость вращения в два раза. Для регулирования скорости вращения ротора изменением частоты тока используют отдельный источник тока или преобразователь энергии с регулируемой частотой выполненный на тиристорах.

Способы торможения двигателей

При торможении противовключением меняются два провода соединяющих трехфазную сеть с обмотками статора, изменяя при этом направление движения магнитного поля машины. При этом наступает режим электромагнитного тормоза. Для динамического торможения обмотка статора отключается от трехфазной сети и включается в сеть постоянного тока. Неподвижное поле статора заставляет ротор быстро останавливаться. Асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности. В строительных механизмах, на металлообрабатывающих станках, в кузнечно-прессовом оборудовании, в силовых приводах прокатных станов, в радиолокационных станциях и многих других отраслях.

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПЕРФОРИРОВАННЫМ ПОЛЫМ РОТОРОМ | Анненков

1. Сергеев, П. С. Электрические машины / П. С. Сергеев. М.; Л.: Госэнергоиздат, 1955. С. 142.

2. Вевюрко, И. А. К расчету характеристик двухфазной индукционной машины с полым ротором / И. А. Вевюрко // ВЭП. 1957. № 6. C. 34–39.

3. Каасик, П. Б. Асинхронные индукторные микродвигатели устройств автоматики / П. Б. Каасик, И. В. Блинов. Л.: Энергоиздат, Ленингр. отд-ние, 1982. 153 с.

4. Лопухина, Е. М. Исследование соотношений размеров и параметров оптимизированных асинхронных исполнительных микродвигателей / Е. М. Лопухина, А. Б. Захаренко, Е. Н. Тараненко // Электротехника. 1997. № 4. С. 12–18.

5. Анненков, А. Н. Пути повышения эксплуатационных и технических характеристик индукционных микромашин с полым ротором / А. Н. Анненков, С. В. Сизиков, А. И. Шиянов // Анализ и проектирование средств роботизации и автоматизации: межвуз. сб. науч. трудов, Воронежский ГТУ, Междунар. ун-т компьют. технологий. Воронеж, 1999. С. 88–91.

6. Литой сплав на основе железа: а. с. 240262 (СССР) / А. Н. Стрельников, В. А. Михайлиди. Опубл. 26.03.1969. Бюл. № 12.

7. Асинхронный исполнительный двигатель: пат. 2026597 Россия, МКИ6 Н 02 К 17/16 / Ю. П. Клушин, М. Ф. Хлыстов. № 5019415/07; заявл. 29.12.1991; опубл. 10.01.1995. Бюл. № 1.

8. Сизиков, С. В. Асинхронные исполнительные микродвигатели с распределенными параметрами ротора для устройств авиационного оборудования / С. В. Сизиков. Воронеж: Воронежский ГТУ, Воронеж. воен. авиацион. инж. ин-т, 2001. 184 с.

9. Асинхронный двигатель с полым ротором: пол. решение № 2003105570/09 (005913) по заявке на пат. № 2232460 Рос. Федерации от 26.02.2003, МПК H 02k 17/02, 17/16 / А. Н. Анненков, А. И. Шиянов.

10. Анненков, А. Н. Асинхронные двигатели с токопроводящим слоем материала ротора / А. Н. Анненков, С. В. Сизиков, А. И. Шиянов. Минск: УП «Ризондис», 2004. 234 с.

Асинхронный электродвигатель: виды и принцип работы

В наши дни электрооборудование выглядит совсем иначе, чем изобретение российского электротехника, но по-прежнему используются для превращения электрической энергии в механическую. Надежность в работе, простая конструкция и невысокая себестоимость были по достоинству оценены покупателями. Сегодня асинхронные двигатели — наиболее распространенный во всем мире тип моторов. Их используют для комплектации промышленного оборудования, бытовой техники и электроинструментов в девяти случаев из десяти.

Какие бывают виды асинхронных механизмов

Асинхронный мотор имеет самую простую конструкцию. Классическое устройство электродвигателя состоит из статора, а также ротора.

Статор выполнен в форме классического цилиндра. Для изготовления статора производители используют тонкие стальные листы, обмотка в пазах сердечника сделана из специального провода. Оси обмоток расположены друг к другу под углом 120°. Их концы соединяются по-разному — все зависит от допустимой величины напряжения. В одних случаях соединение напоминаем звезду, в других — треугольник.

В отличие от статора, роторы бывают нескольких типов. Производители классифицируют выпущенные моторы именно по типу ротора — виды асинхронных двигателей: с короткозамкнутым и фазным ротором. Давайте рассмотрим каждый их подробнее.

• Фазный — это ротор с трехфазной обмоткой, которая напоминает обмотку статора. Ее концы соединяются в форме звезды, края крепятся к контактным кольцам. К этим же кольцам присоединяются добавочные резисторы, которые меняют активное сопротивление в цепи и уменьшают большие пусковые токи.
• Короткозамкнутый ротор — сердечник, изготовленный из стальных листов. Для серийного производства, как правило, используется расплавленный алюминий, который заливается и образовывает стержни между торцевых колец. Конструкция ротора получила в обиходе название «беличья клетка», так как внешне напоминает бочку для грызунов. Когда заходит речь об изготовлении мощных двигателей, производители используют не алюминий, а медь.

Асинхронный электродвигатель: принцип работы

Напряжение подается на обмотку статора. В этот момент возникает магнитный поток, величина которого меняется с изменением частоты напряжения. Потоки сдвинуты во времени и пространстве по отношению друг к другу на 120°. Вращающим оказывается результирующий магнитный поток, который движется, тем самым создавая в проводниках ротора ЭДС. Обмотка ротора исполняет роль замкнутой электрической цепи, в ней появляется ток, который, взаимодействуя с потоками статора, создает пусковой момент. Мотор стремится повернуть ротор в направлении движения магнитного поля статора. В тот момент, когда он достигает значения тормозного момента ротора и превышает его, ротор начинает вращаться, вызывая скольжение.

Что такое скольжение? Это величина, которая показывает нам, насколько синхронная частота магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора.

S = ((n₁ — n₂)/n₁) х 100 %, где:

S — скольжение;

n₁ — синхронная частота магнитного поля статора, n₂ — ротора.

Почему так важно скольжение? Его используют для характеристики асинхронных электродвигателей, ведь изначально скольжение равно единице, но по мере роста n₁ относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше. В результате этого, падает ЭДС и ток в проводниках ротора, что в свою очередь приводит к уменьшению вращающего момента. Если провести анализ, в состоянии холостого хода, в тот момент, когда мотор работает без нагрузки на валу, показатель скольжения минимален. Как только возрастает статический момент, скольжение растет до величины S_kp — критического скольжения. Этот показатель очень важен, ведь как только будет превышена точка критического скольжения, асинхронные двигатели перестают стабильно работать. Значение скольжения колеблется в пределах от нуля до единицы, асинхронных моторов универсального назначения в номинальном режиме до 8 %. Как только наступает равновесие между электромагнитным и тормозным моментом изменение величин прекратится.

Если говорить простыми словами, принцип работы мотора состоит во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Вращающий момент возникает только тогда, когда появляется разность частот вращения магнитных полей.

Ротор асинхронного двигателя

| Electrical4U

Ротор, как следует из названия, представляет собой вращающуюся часть электрической машины, в которой ток индуцируется действием трансформатора из вращающегося магнитного поля.

Ротор асинхронного двигателя бывает двух типов:

1. Ротор с короткозамкнутым ротором
2. Ротор с обмоткой или ротор с скользящим кольцом

Ротор с короткозамкнутым ротором

В этом типе ротора обмотка ротора состоит из проводников, в форма медных или алюминиевых стержней, заделанных в полузамкнутые пазы многослойного сердечника ротора. Чтобы облегчить замкнутый путь в цепи ротора, обе стороны стержней ротора закорочены концевыми кольцами.

Характеристики ротора с короткозамкнутым ротором

Этот тип ротора не имеет определенного количества полюсов, но такое же количество полюсов статора будет индуцироваться в роторе автоматически за счет индукции. Следовательно, для ротора с короткозамкнутым ротором

Ротор с короткозамкнутым ротором имеет очень низкое реактивное сопротивление утечки, поскольку он содержит любую обмотку на роторе, что приводит к низкому пусковому крутящему моменту и максимальному рабочему крутящему моменту.

Поскольку мы знаем, что для увеличения значения установленного крутящего момента мы должны увеличить значение сопротивления ротора, а для его увеличения мы должны вставить сопротивление последовательно с обмоткой ротора, но в случае ротора с короткозамкнутым ротором мы не можем вставить он, так как его штанги ротора закорочены концевым кольцом с обеих сторон. Таким образом, можно сказать, что ротор с короткозамкнутым ротором обеспечивает хорошие рабочие характеристики, но плохие пусковые характеристики.

Недостатки ротора с короткозамкнутым ротором

1. Низкий пусковой момент
2. Высокие пусковые токи
3. Низкий коэффициент мощности

Но пусковые характеристики ротора с короткозамкнутым ротором можно частично улучшить, изменив конструкцию схемы.

Перекос стержней ротора

Одна из целей перекоса стержней ротора — увеличить значение сопротивления ротора, чтобы можно было улучшить пусковой момент. Мы знаем, что сопротивление пропорционально длине, поэтому из-за перекоса стержней ротора длина стержней увеличивается, следовательно, увеличивается сопротивление и крутящий момент.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Этот тип ротора также изготовлен из многослойной холоднокатаной кремнистой стали с ориентированной зернистостью для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь. Обмотка ротора распределена также с коротким шагом, чтобы получить на выходе синусоидальную ЭДС.

Работа асинхронного двигателя невозможна с неодинаковым числом полюсов статора и ротора, и этот тип ротора не реагирует автоматически на изменение числа полюсов статора. Следовательно, количество полюсов ротора должно быть равно количеству полюсов статора.

Если ротор снабжен трехфазными обмотками; обмотки ротора должны быть соединены звездой независимо от того, соединена ли обмотка статора по схеме звезды или треугольника.

Характеристики ротора с обмоткой или ротора с контактным кольцом

Основное различие между ротором с короткозамкнутым ротором и ротором с обмоткой заключается в наличии контактного кольца в роторе с обмоткой , поэтому он также называется ротор с контактным кольцом. Три вывода обмоток ротора, соединенных звездой, выведены наружу и подключены к внешним резисторам через контактное кольцо.

Контактные кольца изготовлены из высокопрочного материала, такого как фосфористая бронза или латунь. Контакты щеток используются для соединения обмотки ротора с внешней цепью. Щетки изготовлены из углеродного или медного материала, но углерод предпочтителен из-за его самосмазывающихся свойств. Таким образом, с угольными щетками потери на трение меньше.

Для улучшения пускового момента используются внешние резисторы. Этот внешний резистор также ограничивает пусковой ток, потребляемый двигателем во время пуска. Следовательно, коэффициент мощности улучшается.

Наблюдая за вышеуказанными пунктами, мы можем сделать вывод, что «из-за наличия дополнительного резистора ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом типа имеет хорошие рабочие характеристики, но плохие рабочие характеристики»

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе.Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме звезды, обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, либо по схеме треугольник. Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычном виде эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя.

Британская энциклопедия, Inc.

Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести моментов цикла. Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки.В момент t ₁ на рисунке, ток в фазе a является максимально положительным, тогда как ток в фазах b и c составляет половину отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е. одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как в фазе b и фазе a составляет половину значения. положительный.Результат, как показано на рисунке для t ₂ , снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для t ₃ , t ₄ , t ₅ и t ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени. Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, объединенный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишись сейчас

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом из них, пропорциональное величине и скорости поля относительно проводников. Поскольку проводники ротора закорочены друг с другом на каждом конце, это приведет к протеканию токов в этих проводниках. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника.Картина токов ротора для текущего момента t ₁ рисунка показана на этом рисунке. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (то есть вращающий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение снижается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, без избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Британская энциклопедия, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Исходные токи статора, показанные на рисунке, достаточны только для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке является суммой синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности и до около 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласовано со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле вращается на один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже полевой скорости (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты, построив машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклы в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Типы ротора трехфазного асинхронного двигателя

Есть два типа роторов асинхронных двигателей:

1. Ротор с короткозамкнутым ротором или просто ротор с короткозамкнутым ротором.
2. Роторы с фазовой или фазовой обмоткой. Двигатели, в которых используется этот тип ротора, известны как роторы с контактным кольцом.

Ротор с короткозамкнутым ротором:

Двигатель с короткозамкнутым ротором работает по принципу Электромагнетизм . Он состоит из ротора, статора и других частей, таких как подшипники, многослойный цилиндрический сердечник, вал и т. Д.

Подшипники в двигателе с сепаратором ротора предназначены для уменьшения трения между вращающейся и неподвижной частями машины. Ротор двигателя состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными пазами для несения проводников ротора. Проводники ротора не являются проводами, а состоят из тяжелых стержней из меди, алюминия или сплава. Вал используется в двигателе для передачи механической энергии от или к машине. Статор — это внешняя неподвижная часть двигателя.

Рисунок: Ротор клетки

Преимущества перекоса проводников обоймы ротора:

1. Помогает снизить уровень шума во время работы и обеспечить равномерный крутящий момент.
2. Во время блокировки зубья ротора и статора притягиваются друг к другу из-за магнитного поля, и эта тенденция к блокировке уменьшается в двигателе с кожухом.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом:

Ротор с обмоткой состоит из якоря с прорезями.Изолированные проводники вставляются в пазы и соединяются, образуя трехфазную двухслойную распределенную обмотку, аналогичную обмотке статора. Обмотки ротора соединены звездой.

Обмотки ротора распределены равномерно и обычно соединены звездой, причем выводы выводятся из машины через контактные кольца, размещенные на валу. Нарезание токосъемных колец выполняется с помощью угольных медных щеток. Конструкция с фазным ротором обычно используется для крупногабаритных машин, где требования к пусковому крутящему моменту являются жесткими.Внешнее сопротивление может быть добавлено в цепь ротора через контактное кольцо для уменьшения пускового тока и одновременно пускового момента.

Рисунок: Асинхронный двигатель с контактным кольцом

Разница между обоймой и обмоткой роторов:

Преимущества сепаратора ротора:

• Роторы с сепаратором имеют прочную конструкцию и дешевле, чем роторы с обмоткой.
• Эти роторы не имеют щеток, что снижает риск искрообразования.
• Требуется меньше обслуживания.
• Имеют высокий КПД и повышенный коэффициент мощности.

Роторы с обмоткой имеют следующие преимущества:

• Роторы с обмоткой имеют высокий пусковой момент и низкий пусковой ток по сравнению с роторами с сепаратором.
• В случае роторов с обмоткой, мы можем подключить дополнительные роторы в цепь ротора для управления скоростью.

Асинхронный двигатель с ротором

— обзор

3.1.3.1 Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока бывают трех основных типов: асинхронные, синхронные и последовательные, и определяются следующим образом:

Асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель — это двигатель переменного тока, в котором первичная обмотка на одном элементе (обычно статоре) подключена к источнику питания, а многофазная вторичная обмотка или вторичная обмотка с короткозамкнутым ротором — на другом элементе (обычно роторе). несет индуцированный ток. Есть два типа:

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это двигатель, в котором вторичная цепь состоит из обмотки с короткозамкнутым ротором, подходящим образом размещенной в пазах вторичного сердечника.

Асинхронный двигатель с фазным ротором. Асинхронный двигатель с фазным ротором — это асинхронный двигатель, в котором вторичная цепь состоит из многофазной обмотки или катушек, выводы которых либо закорочены, либо замкнуты посредством соответствующих цепей.

Синхронный двигатель. Синхронный двигатель — это синхронная машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Двигатель с последовательной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это двигатель, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Многофазные двигатели. Многофазные двигатели переменного тока бывают с короткозамкнутым ротором, с фазным ротором или синхронными.

Дизайнерские письма. Многофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и интегральной мощностью в лошадиных силах могут быть одним из следующих типов:

Конструкция A. Конструкция A Двигатель — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития момента заторможенного ротора, как показан в MG 1-12.37, тяговый момент, как показано в MG 1-12.39, момент пробоя, как показано в MG 1-12. 38, с током заторможенного ротора, превышающим значения, указанные в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12,25 для 50 Гц и с проскальзыванием при номинальной нагрузке менее 5 % . Двигатели с 10 или более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция Б . Двигатель конструкции B — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать крутящий момент с заторможенным ротором, пробой и тяговый момент, достаточный для общего применения, как указано в MG 1-12.37, MG 1-12.38 и MG 1-12.39, потребляющий ток заторможенного ротора, не превышающий значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12.35 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее чем 5 % . Двигатели с 10 и более полюсами могут иметь скольжение немного больше 5 % .

Конструкция С . Двигатель конструкции C — это двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития крутящего момента с заторможенным ротором для специальных приложений с высоким крутящим моментом до значений, указанных в MG 1-12. 37, крутящий момент, как показано в MG 1-12.39, крутящий момент пробоя до значений, указанных в MG 1-12.38, с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1- 12,35 для 50 Гц и имеющий скольжение при номинальной нагрузке менее 5 % .

Конструкция D . Двигатель конструкции D представляет собой двигатель с короткозамкнутым ротором, предназначенный для того, чтобы выдерживать запуск при полном напряжении и развивать высокий крутящий момент с заторможенным ротором, как показано в MG 1-1.37, с током заторможенного ротора, не превышающим показанный в MG 1-12.34 для 60 Гц и MG 1-12,35 для 50 Гц, и имеющий скольжение при номинальной нагрузке 5 % или более.

Однофазные двигатели. Однофазные двигатели переменного тока обычно являются асинхронными или серийными двигателями, хотя однофазные синхронные двигатели доступны в меньших номиналах.

Дизайнерские письма. Однофазные двигатели со встроенной мощностью в лошадиных силах могут быть одной из следующих:

Конструкция L. A Двигатель конструкции L представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, предназначенный для выдерживания пуска при полном напряжении и развития пробивного момента при показано в MG 1-10.33 с током заторможенного ротора, не превышающим значений, указанных в MG 1-12.33.

Конструкция M. Двигатель конструкции M представляет собой однофазный двигатель со встроенной мощностью в лошадиных силах, разработанный, чтобы выдерживать пуск при полном напряжении и развивать крутящий момент пробоя, как показано в MG 1-10.33, с током заторможенного ротора, не превышающим значения указаны в MG 1-12.33.

Однофазные двигатели с короткозамкнутым ротором. Однофазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором классифицируются и определяются следующим образом:

Двухфазный двигатель. Двигатель с расщепленной фазой — это однофазный асинхронный двигатель, оснащенный вспомогательной обмоткой, смещенной в магнитном положении от основной обмотки и подключенной параллельно с ней. Примечание: Если не указано иное, предполагается, что вспомогательная цепь размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости. Термин «двигатель с расщепленной фазой», используемый без уточнения, описывает двигатель, который будет использоваться без сопротивления, отличного от импеданса, обеспечиваемого самими обмотками двигателя, другие типы определены отдельно.

Двигатель с резистивным пуском. Двигатель с резистивным пуском — это двигатель с расщепленной фазой, сопротивление которого последовательно подключено к вспомогательной обмотке. Вспомогательный контур размыкается, когда двигатель достигает заданной скорости.

Конденсаторный двигатель. Конденсаторный двигатель — это однофазный асинхронный двигатель, основная обмотка которого предназначена для прямого подключения к источнику питания, а вспомогательная обмотка подключена последовательно с конденсатором.Существует три типа конденсаторных двигателей, а именно:

Двигатель с конденсаторным пуском. Двигатель с конденсаторным запуском — это двигатель с конденсатором, в цепи которого конденсаторная фаза присутствует только в течение периода запуска.

Двигатель с постоянным разделением конденсаторов. Конденсаторный двигатель с постоянным разделением каналов — это конденсаторный двигатель, имеющий одинаковое значение емкости как для пусковых, так и для рабочих условий.

Конденсаторный двигатель с двумя номиналами. Двухзначный конденсаторный двигатель — это конденсаторный двигатель, использующий разные значения эффективной емкости для условий запуска и работы.

Двигатель с расщепленными полюсами. Двигатель с расщепленными полюсами — это однофазный асинхронный двигатель, снабженный вспомогательной короткозамкнутой обмоткой или обмотками, смещенными в магнитном положении от основной обмотки. Это приводит к самозапуску двигателя.

Однофазные двигатели с фазным ротором. Двигатели с одинарным ротором определяются и классифицируются следующим образом:

Отталкивающий двигатель. Отталкивающий двигатель — это однофазный двигатель, имеющий обмотку статора, предназначенную для подключения к коммутатору.Щетки на коммутаторе закорочены и размещены так, что магнитная ось обмотки статора. Этот тип двигателя имеет вариаторную характеристику.

Асинхронный двигатель с отталкиванием. Асинхронный двигатель с отталкивающим пуском — это однофазный двигатель, имеющий те же обмотки, что и отталкивающий двигатель, но при заданной скорости обмотка ротора замыкается накоротко или иным образом соединяется, чтобы получить эквивалент обмотки с короткозамкнутым ротором. Этот тип двигателя запускается как отталкивающий двигатель, но работает как асинхронный двигатель с характеристиками постоянной скорости.

Отталкивающий асинхронный двигатель. Отталкивающий асинхронный двигатель — это разновидность отталкивающего двигателя, который имеет короткозамкнутую обмотку в роторе в дополнение к обмотке отталкивающего двигателя. Двигатель этого типа может иметь характеристику постоянной скорости (см. MG1-1.30) или переменной скорости (см. MG 1-1.31).

Универсальные моторы. Универсальный двигатель — это двигатель с последовательной обмоткой, предназначенный для работы примерно с одинаковой скоростью и мощностью на постоянном или однофазном переменном токе с частотой не более 60 циклов / с и примерно одинаковым среднеквадратичным напряжением.Есть два типа:

Двигатели с серийной обмоткой. Двигатель с последовательной обмоткой — это коллекторный двигатель, в котором цепь возбуждения и цепь якоря соединены последовательно.

Двигатель с компенсацией серии. Компенсированный последовательный двигатель — это последовательный двигатель с компенсационной обмоткой возбуждения. (Компенсирующая обмотка возбуждения и последовательная обмотка возбуждения могут быть объединены в одну обмотку возбуждения.)

Двигатель переменного тока | Основные схемы работы статора и ротора

Ротор двигателя переменного тока

До сих пор о роторе было сказано немногое. В предыдущих примерах предполагалось, что полюса ротора намотаны катушки, как и полюса статора, и снабжены постоянным током для создания полюсов фиксированной полярности. Кстати, именно так синхронный двигатель переменного тока работает. Однако большинство двигателей переменного тока, используемых сегодня, не являются синхронными. Вместо этого используются так называемые «асинхронные» двигатели. рабочие лошадки индустрии. Так чем же отличается асинхронный двигатель? Большая разница заключается в том, как протекает ток. подается на ротор.Это не внешний источник питания. Как вы можете догадаться из названия двигателя, используется индукционная техника. вместо.

Индукция — еще одна характеристика магнетизма. Это естественное явление, которое возникает, когда проводник (алюминиевые стержни в случае ротора, см. рисунок 13) перемещается через существующее магнитное поле или когда магнитное поле перемещается мимо проводника. В В любом случае, относительное движение двух вызывает электрический ток, протекающий в проводнике.Это называется «индуцированный» текущий поток. Другими словами, в асинхронном двигателе протекание тока в роторе не вызвано каким-либо прямым подключением проводников к источнику напряжения, а скорее влияние проводников ротора, пересекающих линии магнитного потока, создаваемые магнитные поля статора. Индуцированный ток, который создается в роторе, создает магнитное поле вокруг ротора. проводники, как показано на рисунке 14.Это магнитное поле вокруг каждого проводника ротора заставляет каждый проводник ротора действовать как постоянный магнит в примере на Рисунке 9. Поскольку магнитное поле статора вращается из-за действия трехфазного Источник питания переменного тока, индуцированное магнитное поле ротора притягивается и будет следовать за вращением. Ротор подключен к вал двигателя, поэтому вал вращается и приводит в движение соединительную нагрузку.

Конструкция асинхронного двигателя — Circuit Globe

Трехфазный асинхронный двигатель является предпочтительным типом двигателя.Он в основном используется в промышленных приводах, потому что он очень разумный и мощный, экономичный и надежный. Его также называют асинхронным двигателем, потому что он не работает с синхронной скоростью. Асинхронный двигатель требует минимального обслуживания и обладает высокой перегрузочной способностью.

Состав:

Трехфазный асинхронный двигатель в основном состоит из двух частей, называемых статором и ротором . Статор — это неподвижная часть асинхронного двигателя, а ротор — это вращающаяся часть.Конструкция статора аналогична трехфазному синхронному двигателю, а конструкция ротора отличается для разных машин. Конструкция асинхронного двигателя подробно описывается ниже.

Конструкция статора

Статор изготовлен из пластин из высококачественной легированной стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Он состоит из трех основных частей, а именно внешней рамы, сердечника статора и обмотки статора.

Наружная рама

Внешний корпус мотора.Его основная функция — поддерживать сердечник статора и защищать внутренние части машины. Для небольших машин внешняя рама отлита, а для больших — изготовлена. На рисунке ниже показана конструкция статора.

Сердечник статора

Сердечник статора изготовлен из штампованной высококачественной кремнистой стали. Его основная функция — переносить переменное магнитное поле, которое вызывает гистерезисные и вихретоковые потери. Штамповки закреплены на станине статора. Каждая штамповка изолирована от другой тонким слоем лака.Толщина штамповки обычно составляет от 0,3 до 0,5 мм. На внутренней стороне штамповок сделаны прорези, как показано на рисунке ниже.

Обмотки статора

Сердечник статора имеет трехфазные обмотки, которые обычно питаются от трехфазной сети. Шесть выводов обмоток (по две каждой фазы) соединены в клеммной коробке машины. Статор двигателя намотан на определенное количество полюсов в зависимости от скорости двигателя.Если количество полюсов больше, скорость двигателя будет меньше, а если количество полюсов меньше, скорость будет высокой.

Поскольку соотношение между скоростью и полюсом двигателя задается как

Обмотки могут быть соединены пуском и треугольником.

Конструкция ротора

Ротор также состоит из тонких пластин того же материала, что и статор. Ламинированный цилиндрический сердечник установлен непосредственно на валу.Эти ламели имеют прорези на внешней стороне для размещения проводников. Есть два типа ротора.

Ротор с беличьей клеткой

Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из многослойного цилиндрического сердечника. Круглые пазы на внешней периферии полузакрыты. Каждый слот содержит неизолированный стержневой провод из алюминия или меди. На конце ротора проводники закорочены тяжелым кольцом из меди или алюминия. Схема ротора сепаратора показана ниже.

Пазы ротора обычно не параллельны валу, а перекошены.Перекос проводников ротора имеет следующие преимущества, указанные ниже.

• Уменьшает гудение и обеспечивает плавную и бесшумную работу.
• Это приводит к равномерной кривой крутящего момента для различных положений ротора.
• Тенденция к блокировке ротора снижена. Поскольку зубья ротора и статора притягиваются друг к другу и блокируются.
• Увеличивает сопротивление ротора за счет увеличенной длины проводников стержня ротора.

Преимущества ротора с короткозамкнутым ротором

Ниже приведены следующие преимущества ротора с сепаратором.

• Ротор с сепаратором дешевле, а конструкция прочна.
• Отсутствие щеток снижает риск искрения.
• Его содержание меньше.
• Коэффициент мощности больше
• КПД ротора сепаратора выше.

Ротор с фазовой обмоткой

Ротор с фазовой обмоткой также называется ротором с контактным кольцом. Он состоит из ламинированного цилиндрического сердечника. Внешняя периферия ротора имеет полузамкнутую прорезь, в которой размещены 3-фазные изолированные обмотки.Обмотки ротора соединены звездой.

Асинхронный двигатель с контактным кольцом показан на рисунке ниже.

Контактные кольца установлены на валу с опирающимися на них щетками. Щетки подключены к переменному резистору. Контактные кольца и щетки предназначены для подключения внешних резисторов в цепи ротора. Резистор позволяет изменять сопротивление каждой фазы ротора для достижения следующих целей.

• Увеличивает пусковой момент и уменьшает пусковой ток.
• Используется для управления скоростью двигателя.

Ротор этого типа также перекошен. Вал из низкоуглеродистой стали проходит через центр ротора и крепится к нему. Назначение вала — передача механической энергии.

Преимущества ротора с фазовой обмоткой

Ниже приведены преимущества ротора с фазовой обмоткой.

• Высокий пусковой момент и низкий пусковой ток.
• Для управления скоростью двигателя в цепь можно добавить внешнее сопротивление.

Асинхронные двигатели с фазным ротором

| Двигатели переменного тока

Ротор Асинхронный двигатель имеет статор, подобный асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, но ротор с изолированными обмотками, выведенными через контактные кольца и щетки.

Однако на контактные кольца не подается питание. Их единственная цель — обеспечить включение сопротивления последовательно с обмотками ротора при запуске (рисунок ниже).Это сопротивление закорачивается при запуске двигателя, чтобы ротор электрически выглядел как его копия с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель с ротором

Q: Зачем ставить сопротивление последовательно с ротором?

A: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором потребляют от 500% до более 1000% тока полной нагрузки (FLC) во время запуска. Хотя это не является серьезной проблемой для малых двигателей, это проблема больших (10 кВт) двигателей.

Последовательное включение сопротивления с обмотками ротора не только снижает пусковой ток, ток заторможенного ротора (LRC), но также увеличивает пусковой крутящий момент, крутящий момент заторможенного ротора (LRT). На рисунке ниже показано, что при увеличении сопротивления ротора с ₀ R до ₁ R ₂ R, пик пробивного крутящего момента смещается влево до нулевой скорости.

Обратите внимание, что этот пик крутящего момента намного выше, чем пусковой крутящий момент, доступный без сопротивления ротора (R ₀ ), скольжение пропорционально сопротивлению ротора, а крутящий момент отрыва пропорционален скольжению.Таким образом, при запуске создается высокий крутящий момент.

Пик пробивного момента сдвигается к нулевой скорости за счет увеличения сопротивления ротора

Сопротивление снижает крутящий момент, доступный при полной скорости вращения. Но это сопротивление обрывается к моменту запуска ротора. Закороченный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором. Тепло, выделяемое при запуске, в основном рассеивается за пределами двигателя в пусковом сопротивлении.

Сложность и обслуживание, связанные с щетками и контактными кольцами, являются недостатком ротора с обмоткой по сравнению с простым ротором с короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель подходит для пуска высокоинерционных нагрузок. Высокое пусковое сопротивление обеспечивает высокий крутящий момент отрыва при нулевой скорости. Для сравнения, ротор с короткозамкнутым ротором демонстрирует отрывной (пиковый) крутящий момент только на 80% от его синхронной скорости.

Контроль скорости

Скорость двигателя можно изменять, возвращая переменное сопротивление в цепь ротора.Это снижает ток и скорость ротора. Высокий пусковой крутящий момент, доступный при нулевой скорости, а также разрывной крутящий момент при пониженной передаче недоступен на высокой скорости.

См. Кривую R ₂ при 90% Ns, рисунок ниже. Резисторы R ₀ , R ₁ , R ₂ , R ₃ увеличиваются в значении с нуля.

Более высокое сопротивление при R ₃ еще больше снижает скорость. Регулировка скорости плохая в отношении изменяющихся крутящих нагрузок. Этот метод управления скоростью полезен только в диапазоне от 50% до 100% полной скорости.

Контроль скорости хорошо работает с нагрузками с переменной скоростью, такими как лифты и печатные машины.

Сопротивление ротора контролирует скорость асинхронного двигателя с фазным ротором

Индукционный генератор с двойным питанием

Ранее мы описали асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, действующий как генератор, если его скорость превышает синхронную. (См. «Генератор переменного тока с асинхронным двигателем»). Это индукционный генератор с одинарным питанием, имеющий электрические соединения только с обмотками статора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором может также действовать как генератор, когда его скорость превышает синхронную. Поскольку имеются соединения и со статором, и с ротором, такая машина известна как индукционный генератор с двойным питанием (DFIG).

Сопротивление ротора допускает превышение скорости асинхронного генератора с двойным питанием

Индукционный генератор с однополярным питанием имел полезный диапазон скольжения только 1% при приводе в действие неприятным моментом ветра.Поскольку скорость асинхронного двигателя с фазным ротором можно регулировать в диапазоне 50-100% путем добавления сопротивления в ротор, мы можем ожидать того же от асинхронного генератора с двойным питанием.

Мы можем не только замедлить ротор на 50%, но и увеличить его скорость на 50%. То есть мы можем изменять скорость асинхронного генератора с двойным питанием на ± 50% от синхронной скорости. На практике более практично ± 30%.

Если генератор превышает скорость, сопротивление в цепи ротора поглотит избыточную энергию, в то время как статор подает постоянные 60 Гц в линию электропередачи (рисунок выше).В случае пониженной скорости отрицательное сопротивление, вставленное в цепь ротора, может восполнить дефицит энергии, по-прежнему позволяя статору питать линию электропередачи мощностью 60 Гц.

Преобразователь восстанавливает энергию от ротора индукционного генератора с двойным питанием

На практике сопротивление ротора может быть заменено преобразователем, поглощающим мощность от ротора и подающим мощность в линию питания вместо ее рассеивания.Это повышает эффективность генератора.

Преобразователь заимствует энергию от линии питания для ротора индукционного генератора с двойным питанием, что позволяет ему хорошо работать при синхронной скорости.

Преобразователь может «заимствовать» мощность из линии для низкоскоростного ротора, который передает ее на статор. Заимствованная мощность вместе с большей энергией на валу передается на статор, подключенный к линии электропередачи.

Похоже, что статор подает на линию 130% мощности. Имейте в виду, что ротор «занимает» 30%, оставляя линию со 100% для теоретического DFIG без потерь.

Характеристики асинхронного двигателя с обмоткой ротора

• Превосходный пусковой момент для высокоинерционных нагрузок.
• Низкий пусковой ток по сравнению с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
• Скорость — это величина сопротивления от 50% до 100% полной скорости.
• Более высокое техническое обслуживание щеток и контактных колец по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором.
• Генераторная версия машины с фазным ротором известна как индукционный генератор с двойным питанием , машина с регулируемой скоростью.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

.

No related posts.