Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором: Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Содержание

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором, его достоинства и недостатки

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек 1, сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам 3, насаженным на вал 2 и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток 4, находящихся в скользящем контакте с кольцами 3, имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты 5.

Схема асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Рис. 1

У фазного ротора обмотка выполняется трёхфазной, аналогично обмотке статора, с тем же числом пар полюсов. Витки обмотки закладываются в пазы сердечника ротора и соединяются по схеме звезда. Концы каждой фазы соединяются с контактными кольцами, закреплёнными на валу ротора, и через щётки выводятся во внешнюю цепь.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

Рис. 2: 1 – станина; 2 – обмотка статора; 3 – ротор; 4 – контактные кольца; 5 – щетки

Контактные кольца изготавливают из латуни или стали, они должны быть изолированы друг от друга и от вала. В качестве щёток используют металлографитовые щётки, которые прижимаются к контактным кольцам с помощью пружин щёткодержателей, закреплённых неподвижно в корпусе машины.

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

  • большой начальный вращающий момент;
  • возможность кратковременных механических перегрузок;
  • приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках;
  • меньший пусковой ток по сравнению с электродвигателями с короткозамкнутым ротором;
  • возможность применения автоматических пусковых устройств.

Недостатки асинхронного электродвигателя с фазным ротором

  • большие габариты;
  • cos φ и КПД ниже, чем у электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Достоинства асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Устройство машины переменного тока с фазным ротором



Асинхронные электродвигатели с фазным ротором

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Источник

Устройство, принцип работы и схема подключения асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет очень обширную область обслуживания. АД (асинхронный двигатель) чаще применяется в управлении двигателями большой мощности. Обслуживание и управление приводов мельниц, станков, насосов, кранов, дымососа, дробилок. Асинхронный двигатель с массивным ротором даёт возможность подключения множества технических механизмов.

Характеристика асинхронного двигателя

Преимущества использования:

  • Запуск двигателя с нагрузкой, подключение к валу благодаря созданию большого момента вращения. Это обеспечивает обслуживание асинхронных двигателей с фазовым элементом любой мощности.
  • Возможность постоянной скорости вращения большой или маленькой нагрузки
  • Регулирование автоматического пуска.
  • Работа даже при перегрузке тока напряжения.
  • Простота использования.
  • Невысокая стоимость.
  • Надёжность применения.
  • Использование резисторов увеличивается стоимость, а работа двигателя усложняется,
  • Большие размеры,
  • Значение КПД меньше, чем короткозамкнутых роторов,
  • Трудное управление скоростью вращения,
  • Регулярный капитальный ремонт .

Схема подключения

При подключении к току начинают работать реле времени. Контакты размыкаются. При нажатии тумблера происходит пуск.

Чтобы подключить АД нужно правильно обозначить концы и начала обмоток фазы.

Устройство двигателя

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.

Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название беличья клетка. Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.

Схема переключения электрической цепи со звезды на треугольник

Принцип работы

В основе АД лежит вращение поля магнитов. В область обмотки трёхфазного статора поступает ток, а в фазах возникает поток магнитов, изменяемый в зависимости от скорости и частоты постоянной электрической мощности. При статорном вращении возникает электродвижущая сила.

В роторную обмотку подходит напряжение, которое совместно с постоянным магнитным потоком статора образует пуск. Он стремится направить ротор по магнитному вращению статора и при достижении превышения момента торможения, приводит к скольжению. Оно выражает отношение между частотами статорного силового поля магнитов и скоростью роторного вращения.

Чертеж режима кз

При балансе между моментами электромагнита и торможения, перемена значений остановится. Особенность эксплуатации АД – сольватация кругового движения силового поля статора и им наводящих токов в роторе. Момент вращения возникает лишь при разнице частот круговых движений магнитных полей.

Машины различают синхронные, асинхронные. Разница механизмов в их обмотке. Она образует магнитное поле.

Неподвижность ротора и замыкание обмотки приводит к короткому замыканию (кз).

Расчёт числа повторений

Возьмём m1 – процесс повторения постоянного поля магнитов и ротора. Система фазы переменного тока образуют вращение поля магнитов.

Данные расчета считаются по формуле:

f1– частота электричества$

p – количество полюсных пар каждой обмотки статора.

m2 – процесс повторения вращения ротора. Имея различное количество одновременных повторений, данная скорость частоты будет асинхронной. Определение расчёта частоты проводится по соотношению между данными:

Асинхронный электродвигатель работает только при асинхронной частоте.

(m2 Реостатный пуск

Часто для включения двигателя безмощных пусковых моментов оказывают нужное действие реостаты. Схема реостатного способа:

Главной характеристикой метода является присоединение двигателя при пуске к реостатам. Реостаты разрываются (на чертеже К1), на них идет частично электрический ток. Что дает возможность уменьшить пусковые токи. Пусковой момент тоже снижается. Преимущество реостатного способа заключается в снижении нагрузки на механическую часть и нехватку напряжения.

Ремонт и характеристики неисправностей

Причиной ремонта могут служить внешние и внутренние причины.

Внешние причины ремонта:

  • обрыв провода или нарушение соединений с электрическим током,
  • сгорание предохранителей,
  • понижение или повышения напряжения,
  • перегруженность АД,
  • неравномерная вентиляция в зазоре.

Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.

Механические причины ремонта:

  • неправильное регулирование зазора подшипников,
  • повреждение вала ротора,
  • расшатывание щеткодержателей,
  • возникновение глубоких выработок,
  • истощение креплений и трещины.

Электрические причины ремонта:

  • замыкания витков,
  • поломка провода в обмотках,
  • пробивание изоляции,
  • пробой пайки проводов.

Данные причины – это далеко не полный список поломок.

Асинхронный двигатель – незаменимый и важный механизм, применяемый для обслуживания быта и различных отраслей промышленности. Для практического действия АД с фазным ротором необходимо знать техническую характеристику управления, использовать его по назначению и регулярно проводить ремонт при технических осмотрах. Тогда асинхронный двигатель станет практически вечной эксплуатации.

Источник

Устройство, виды и принцип действия асинхронных электродвигателей

Наука в области электричества в XIX и XX веках стремительно развивалась, что привело к созданию электрических асинхронных двигателей. С помощью таких устройств развитие промышленной индустрии шагнуло далеко вперед и теперь невозможно представить заводы и фабрики без силовых машин с использованием асинхронных электродвигателей.

История появления

История создания асинхронного электродвигателя начинается в 1888 году, когда Никола Тесла запатентовал схему электродвигателя, в этом же году другой ученый в области электротехники Галлилео Феррарис опубликовал статью о теоретических аспектах работы асинхронной машины.

В 1889 году российский физик Михаил Осипович Доливо-Добровольский получил в Германии патент на асинхронный трехфазный электрический двигатель.

Все эти изобретения позволили усовершенствовать электрические машины и привели к тому, что в промышленность стали массово применяться электрические машины, которые значительно ускорили все технологические процессы на производстве, повысили эффективность работы и снизили её трудоемкость.

В настоящий момент самый распространенный электродвигатель, эксплуатируемый в промышленности, является прототипом электрической машины, созданной Доливо-Добровольским.

Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Главными компонентами асинхронного электродвигателя являются статор и ротор, которые отделены друг от друга воздушным зазором. Активную работу в двигателе выполняют обмотки и сердечник ротора.

Под асинхронностью двигателя понимают отличие частоты вращения ротора от частоты вращения электромагнитного поля.

Статор – это неподвижная часть двигателя, сердечник которой выполняется из электротехнической стали и монтируется в станину. Станина выполняется литым способом из материала, который не магнитится (чугун, алюминий). Обмотки статора являются трехфазной системой, в которой провода уложены в пазы с углом отклонения 120 градусов. Фазы обмоток стандартно подключают к сети по схемам «звезда» или «треугольник».

Ротор – это подвижная часть двигателя. Роторы асинхронных электродвигателей бывают двух видов: с короткозамкнутым и фазным роторами. Данные виды отличаются между собой конструкциями обмотки ротора.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Такой тип электрической машины был впервые запатентован М.О. Доливо-Добровольским и в народе называется «беличье колесо» из-за внешнего вида конструкции. Короткозамкнутая обмотка ротора состоит из накоротко замкнутых с помощью колец стержней из меди (алюминия, латуни) и вставленные в пазы обмотки сердечника ротора. Такой тип ротора не имеет подвижных контактов, поэтому такие двигатели очень надежны и долговечны при эксплуатации.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Такое устройство позволяет регулировать скорость работы в широком диапазоне. Фазный ротор представляет собой трехфазную обмотку, которая соединяется по схемам «звезда» или треугольник. В таких электродвигателях в конструкции имеются специальные щетки, с помощью которых можно регулировать скорость движения ротора. Если в механизм такого двигателя добавить специальный реостат, то при пуске двигателя уменьшится активное сопротивление и тем самым уменьшатся пусковые токи, которые пагубно влияют на электрическую сеть и само устройство.

Принцип действия

При подаче электрического тока на обмотки статора возникает магнитный поток. Так как фазы смещены относительно друг друга на 120 градусов, то из-за этого поток в обмотках вращается. Если ротор короткозамкнутый, то при таком вращении в роторе появляется ток, который создает электромагнитное поле. Взаимодействуя друг с другом, магнитные поля ротора и статора заставляют ротор электродвигателя вращаться. В случае, если ротор фазный, то напряжение подается на статор и ротор одновременно, в каждом механизме появляется магнитное поле, они взаимодействуют друг с другом и вращают ротор.

Достоинства асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Простое устройство и схема запуска 1. Небольшой пусковой ток
2. Низкая цена изготовления 2. Возможность регулировать скорость вращения
3. С увеличением нагрузки скорость вала не меняется 3. Работа с небольшими перегрузками без изменения частоты вращения
4. Способен переносить перегрузки краткие по времени 4. Можно применять автоматический пуск
5. Надежен и долговечен в эксплуатации 5. Имеет большой вращающий момент
6. Подходит для любых условий работы
7. Имеет высокий коэффициент полезного действия

Недостатки асинхронных электродвигателей

С короткозамкнутым ротором С фазным ротором
1. Не регулируется скорость вращения ротора 1. Большие габариты
2. Маленький пусковой момент 2. Коэффициент полезного действия ниже
3. Высокий пусковой ток 3. Частое обслуживание из-за износа щеток
4. Некоторая сложность конструкции и наличие движущихся контактов

Асинхронные электродвигатели являются очень эффективными устройствами с отличными механическими характеристиками, и благодаря этому они являются лидерами по частоте применения.

Режимы работы

Электродвигатель асинхронного типа универсальный механизм и по продолжительности работы имеет несколько режимов:

  • Продолжительный;
  • Кратковременный;
  • Периодический;
  • Повторно-кратковременный;
  • Особый.

Продолжительный режим — основной режим работы асинхронных устройств, который характеризуется постоянной работой электродвигателя без отключений с неизменной нагрузкой. Такой режим работы самый распространенный, используется на промышленных предприятиях повсеместно.

Кратковременный режим – работает до достижения постоянной нагрузки определенное время (от 10 до 90 минут), не успевая максимально разогреться. После этого отключается. Такой режим используют при подаче рабочих веществ (воду, нефть, газ) и прочих ситуациях.

Периодический режим – продолжительность работы имеет определенное значение и по завершении цикла работ отключается. Режим работы пуск-работа-остановка. При этом он может отключаться на время, за которое не успевает остыть до внешних температур и включаться заново.

Повторно-кратковременный режим – двигатель не нагревается максимально, но и не успевает остыть до внешней температуры. Применяется в лифтах, эскалаторах и прочих устройствах.

Особый режим – продолжительность и период включения произвольный.

В электротехнике существует принцип обратимости электрических машин — это означает, что устройство может, как преобразовывать электрическую энергию в механическую, так и совершать обратные действия.

Асинхронные электродвигатели тоже соответствуют этому принципу и имеют двигательный и генераторный режим работы.

Двигательный режим – основной режим работы асинхронного электродвигателя. При подаче напряжения на обмотки возникает электромагнитный вращающий момент, увлекающий за собой ротор с валом и, таким образом, вал начинает вращаться, двигатель выходит на постоянную частоту вращения, совершая полезную работу.

Генераторный режим – основан на принципе возбуждения электрического тока в обмотках двигателя при вращении ротора. Если вращать ротор двигателя механическим способом, то на обмотках статора образуется электродвижущая сила, при наличии конденсатора в обмотках возникает емкостный ток. Если емкость конденсатора будет определенного значения, зависящего от характеристик двигателя, то произойдет самовозбуждение генератора и возникнет трехфазная система напряжений. Таким образом короткозамкнутый электродвигатель будет работать как генератор.

Источник

Принцип работы АД (асинхронного двигателя) с фазным ротором

Асинхронный двигатель (АД) с фазным ротором представляет собой многофункциональную силовую установку, которая поддерживает регулировку с помощью внесения в роторную цепь добавочных сопротивлений. От классических моделей с короткозамкнутым ротором агрегат отличается более высоким пусковым моментом и низким пусковым током. Классификация устройств осуществляется с учетом их свойств и конструкции.

  • Общая информация
  • Технические характеристики
  • Устройство и конструкция
  • Принцип работы
  • Плюсы и минусы
  • Сферы применения

Общая информация

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель с фазным ротором, необходимо внимательно изучить особенности его пуска. При запуске установки ее ротор параллельно переходит из состояния покоя в медленное и равномерное вращение. При этом система уравновешивает момент сил сопротивления посредством собственного вала.

Во время запуска начинается усиленное потребление энергетических ресурсов, что связано с преодолением тормозного момента и компенсацией потерь внутри силовой установки. Нередко параметры начального пускового момента далеки от требуемых, поэтому асинхронный двигатель не способен перейти в режим полноценной работы. В таком случае ускорение приостанавливается, а постоянное воздействие чрезмерного тока приводит к перегреву внутренних узлов установки.

По этой причине частота запусков двигателя ограничивается несколькими включениями. Если агрегат работал от электрической сети с низкой мощностью, тогда подобное явление может снизить общее напряжение и нарушить работу других приборов, присоединенных к этой линии.

Наличие в роторной цепи пусковых резисторов снижает показатели электрического тока, но при этом поднимает начальный пусковой момент, пока он не достигнет пиковой отметки. Запуск силовой установки бывает легким, нормальным или тяжелым.

В зависимости от этого фактора можно определить оптимальные параметры сопротивления резисторов.

После успешного запуска остается поддерживать стабильный вращающий момент на этапе разгона ротора, что сократит продолжительность перехода из спокойного состояния в стадию вращения и снизит вероятность нагрева. Для этого необходимо уменьшить показатели сопротивления резисторов.

Переключение разных резисторов происходит из-за подключения контакторов ускорения в последовательном порядке. Отключать двигатель от электрической сети можно только при накоротко замкнутой роторной цепи. Если это требование проигнорировать, то появится риск существенного перенапряжения в обмоточных фазах статора.

Технические характеристики

Существуют установленные требования, гарантирующие качественную работу асинхронных двигателей с фазным ротором. От них зависят базовые параметры и характеристики системы, включая:

  1. Размеры и мощность установки, соответствующие техническому регламенту.
  2. Защиту от внешних воздействий. Ее степень определяется окружающими условиями, в которых будет расположена машина. Дело в том, что одни установки предназначаются для работы внутри помещения, в то время как другие способны функционировать и на улице. К тому же доступные на рынке агрегаты отличаются климатическими особенностями. Например, существуют двигатели, которые выдерживают экстремальный холод или, наоборот, сильную жару. В зависимости от условий использования они обладают характерным исполнением и защитой.
  3. Степень изоляции. Асинхронные двигатели с фазным ротором должны быть устойчивыми к высоким температурным показателям и возможным нагревам внутренних механизмов. Для предотвращения воспламенений их защищают специальными изоляционными слоями.
  4. Соответствие установленным стандартам и режимам функционирования.
  5. Наличие мощной охладительной системы, которая соответствует рабочему режиму двигателя.
  6. Уровень шума во время запуска на холостом ходу. Он соответствует второму классу или ниже.

Устройство и конструкция

Желая купить асинхронный электродвигатель с фазным ротором, необходимо хорошо разбираться в его устройстве и конструкционных особенностях. В первую очередь нужно знать, что к основным частям установки относятся статор, который является неподвижным, и ротор — вращающийся механизм внутри статора. Между обоими элементами расположен воздушный зазор, а их поверхность покрыта специальной обмоткой.

Обмотка статора подключена к электрической сети с переменным напряжением, которое передается на обмотку ротора. Взаимодействие узлов обусловлено магнитным потоком.

Что касается корпуса статора, то в качестве него используется корпус двигателя, внутри которого расположен запрессованный сердечник. В последнем находятся проводники обмотки, защищенные от замыкания изоляцией. Обмотка сердечника состоит из нескольких секций, заключенных в катушки.

В роторе установлены вал и сердечник из набранных пластин. Последний элемент создается на основе высокотехнологичной стали и обладает симметричными пазами с проводниками. При работе вал ротора передает крутящий момент к приводу установки. В зависимости от типа ротора выделяют две разновидности двигателей:

  1. С короткозамкнутым ротором.
  2. С фазным ротором.

В первом типе роторов присутствуют алюминиевые стержни, которые находятся внутри сердечника и замкнуты на торцах кольцами. Их также называют «беличьим колесом». Обычно пазы установки обрабатываются алюминием, что повышает их прочность.

Фазный ротор асинхронного двигателя существенно отличается от предыдущей разновидности. Число катушек, установленных под конкретным углом, в таких моделях определяется количеством парных полюсов. При этом пары полюсов в роторе такого типа всегда сопоставимы с аналогичными статорными парами.

Принцип работы

Изучив устройство АД с фазным ротором и его запуск, можно приступать к более подробному рассмотрению работы такой установки. Её можно разделить на несколько пунктов:

  1. На статор с тройной обмоткой подается трехфазное напряжение от электрической сети с переменным током.
  2. Затем начинается образование магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. По мере ускорения вращательных движений скорость оборотов ротора существенно растет.
  3. По достижении определенных показателей отдельные линии полей обоих узлов пересекаются, что вызывает появление электродвижущей силы. Она воздействует на роторную обмотку, за счет чего в ней формируется электрический ток.
  4. В определенный момент времени между магнитным полем статора и током в роторе начинается взаимодействие, образующее крутящий момент. Именно за счет него и осуществляется работа асинхронного двигателя.

Плюсы и минусы

В последнее время асинхронные агрегаты пользуются большой популярностью. Она связана с массой преимуществ, которыми они обладают. В их числе:

  1. Высокие значения при начальном вращающем моменте.
  2. Способность принимать любые механические перегрузки без существенного изменения КПД или нарушения стабильной работы установки. Даже если в системе возникают разнообразные перегрузки, агрегат продолжает функционировать с заданной скоростью и практически не отклоняется от базового режима.
  3. Сниженный пусковой ток. В отличие от других асинхронных моделей, например, с короткозамкнутым ротором, у этих двигателей сравнительно низкие показатели пускового тока.
  4. Возможность полной автоматизации работы.
  5. Простота конструкции.
  6. Простая схема запуска.
  7. Сравнительно невысокая цена.
  8. Отсутствие необходимости сложного и дорогостоящего обслуживания.

Кроме множества плюсов у двигателей этого типа имеются и недостатки. К ключевым минусам относят довольно крупные габариты, из-за которых монтаж и дальнейшая эксплуатация системы усложняются, а также сниженный КПД по сравнению со многими аналогами.

По последнему показателю устройства с короткозамкнутым ротором более продуктивные.

Сферы применения

В настоящее время многие промышленные двигатели являются асинхронными. Их популярность обусловлена вышеперечисленными плюсами и доступностью. Сферы применения таких агрегатов очень обширные, поэтому их активно используют для работы автоматизированных устройств из телемеханической сферы, бытового и медицинского оборудования и звукозаписывающих установок. Асинхронный двигатель — это полезное изобретение нынешнего времени, которое упрощает жизнь человека и обеспечивает хороший КПД при минимальных затратах электроэнергии.

Локтев Дмитрий

Источник

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором

 

Полезная модель направлена на увеличение срока службы электродвигателя и повышение его надежности, за счет повышения его механической прочности и улучшения электрического сопротивления изоляции обмоток, облегчение обслуживания щеточно-коллекторного узла, замены узла контактных колец и щеток, а также защиту от внешних воздействий. Указанный технический результат достигается тем, что асинхронный электродвигатель с фазным ротором содержит статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах. Выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. При этом узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом. На заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей. Узел контактных колец и щеткодержатели с щетками защищены кожухом, который установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами. Коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в заднем подшипниковом щите выведены в коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для выводов обмоток статора и ротора. На валу ротора со стороны противоположной щеточно-коллекторному узлу закреплен вентилятор. Корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи. 1 ил.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электрическим двигателям, предназначенным для преобразования электрической энергии во вращательно-механическую и может быть использован для приводов различных механизмов, в том числе для крановых механизмов подъема и передвижения, работающих в тяжелых механических, вибрационных условиях и на открытом воздухе вне помещений.

Известен асинхронный двигатель с фазным ротором [Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, B.C. Хвостов. Электрические машины: В 2-х ч. 4.1. М.: Высш. шк., 1987. — С. 216 — 217.], выбранный в качестве прототипа, на статоре которого расположена трехфазная обмотка. Ротор, имеющий трехфазную обмотку с тем же числом полюсов, размещен внутри корпуса статора на подшипниках, установленных в подшипниковых щитах. Подшипники зафиксированы крышками подшипников. Три вывода обмотки ротора соединены с тремя контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. Узел коллекторных колец закреплен на валу ротора с помощью стопорных винтов. К крышке подшипника прикреплен кожух щеточно-коллекторного узла, выполненный из тонкого материала. На кожухе щеточно-коллекторного узла изнутри закреплены щеткодержатели с расположенными на них щетками. С помощью щеток, скользящих по контактным кольцам, в ротор включают пусковой или пускорегулирующий реостат. Этот двигатель снабжен двумя коробками выводов. Одна из них расположена сбоку корпуса статора и служит для подвода питания к двигателю. Другая коробка выводов расположена на кожухе щеточно-коллекторного узла. К ней подведены коммутационные провода со щеткодержателей. Корпус статора выполнен с окнами для вентиляции.

Размещение щеткодержателей на кожухе щеточно-коллекторного узла не обеспечивает достаточной жесткости прилегания щеток к контактным кольцам, и это часто вызывает искрение в щеточном контакте. Крепление кожуха щеточно-коллекторного узла электродвигателя ненадежно. Такой двигатель не может работать вне помещений и при вибрациях не выдерживает механических нагрузок.

Кроме того, открытое исполнение корпуса статора неблагоприятно влияет на изоляцию обмоток статора и ротора, так как при вращении ротора происходит засасывание внутрь двигателя пыли и влаги.

Задачей полезной модели является увеличение срока службы электродвигателя и повышение его надежности, за счет повышения его механической прочности и улучшения

электрического сопротивления изоляции обмоток, облегчение обслуживания щеточно-коллекторного узла, замены узла контактных колец и щеток, а также защита от внешних воздействий.

Поставленная задача решена за счет того, что асинхронный электродвигатель с фазным ротором, также как в прототипе, содержит статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах. Выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами, вращающимися вместе с валом ротора. Узел контактных колец и щеткодержатели с щетками защищены кожухом, а снаружи статора расположена коробка выводов.

Новым является то, что, узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом. На заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей. Кожух щеточно-коллекторного узла, установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами. Коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в заднем подшипниковом щите выведены в одну коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для обмоток статора и ротора. На валу ротора со стороны противоположной щеточно-коллекторному узлу закреплен вентилятор, а корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи.

За счет предложенного выполнения щеточно-коллекторного узла и закрытого исполнения корпуса асинхронного электродвигателя обмотки статора и ротора не подвергаются атмосферному воздействию, исключается попадание на них пыли из атмосферы и токопроводящей графитовой пыли, появляющейся при износе щеток, что повышает электрическое сопротивление изоляции обмоток.

Надежное крепление всех элементов щеточно-коллекторного узла существенно повышает механическую и вибрационную прочность электродвигателя в целом.

В то же время предложенная конструкция электродвигателя облегчает обслуживание щеточно-коллекторного узла и замену, в случае необходимости, узла контактных колец и щеток.

Наличие одной общей коробка выводов обмоток статора и ротора, расположенной на корпусе статора обеспечивает удобство подключения электродвигателя к питающей сети и пускорегулирующим реостатам.

Таким образом, за счет вышеперечисленного срок службы таких асинхронных электродвигателей с фазным ротором повышается в 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором состоит из статора в закрытом корпусе 1, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен фазный ротор 2 на подшипниках 3, установленных на переднем 4 и на заднем 5 подшипниковых щитах.

Подшипник 3 зафиксирован крышкой подшипника 6 для возможности регулирования осевого перемещения ротора 2 относительно статора.

В части вала ротора 2 выполнены обнижения или отверстия для размещения в них выводных проводов 7 обмоток ротора для замыкания электрической цепи через узел контактных колец 8, минуя подшипник 3.

Узел контактных колец 8 размещен на шпоночном пазу конца вала фазного ротора 2 и зафиксирован посредством шпонки 9 стопорным кольцом 10.

На заднем подшипниковом щите 5 параллельно валу ротора 2 жестко закреплен палец 11 для щеткодержателей 12с щетками.

Коммутационные провода 13 щеткодержателей 12 через отверстие 14 в заднем подшипниковом щите 5 заведены в коробку выводов 15, расположенную сверху корпуса статора на одну клеммную колодку 16 статора и ротора.

Щеточно-коллекторный узел защищен кожухом 17, установленным на глубокий посадочный замок 18 на заднем подшипниковом щите 5 и дополнительно закреплен болтами 19 по посадочному замку 18.

Электродвигатель снабжен вентилятором 20, закрепленным на валу ротора шпонкой.

Корпус статора выполнен с горизонтальным оребрением снаружи.

Принцип работы предложенного асинхронного электродвигателя с фазным ротором не отличается от принципа работы обычных электродвигателей с фазным ротором.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором, содержащий статор, внутри которого расположена трехфазная обмотка и размещен ротор на подшипниках, установленных на подшипниковых щитах, при этом выводы обмотки ротора соединены с контактными кольцами узла контактных колец, вращающегося вместе с валом ротора, контактные кольца и щеткодержатели с щетками защищены кожухом коллекторного узла, снаружи статора расположена коробка выводов, отличающийся тем, что узел контактных колец установлен на конце вала ротора посредством шпонки и зафиксирован стопорным кольцом, на заднем подшипниковом щите параллельно валу ротора жестко закреплен палец для щеткодержателей, кожух щеточно-коллекторного узла установлен на глубокий посадочный замок на заднем подшипниковом щите и дополнительно закреплен болтами по посадочному замку, при этом коммутационные провода щеткодержателей через отверстие в этом подшипниковом щите выведены в одну коробку выводов, расположенную на корпусе статора, общую для статора и ротора, на валу ротора со стороны, противоположной щеточно-коллекторному узлу, закреплен вентилятор, а корпус статора выполнен закрытым с горизонтальным оребрением снаружи.

3 Х фазный двигатель с фазным ротором

Широкое распространение асинхронного электродвигателя (АД) вызвано его надежностью и простотой конструкции. Статор такого двигателя стандартный, представляет собой изготовленный из пластин электростатической стали полый цилиндр с трехфазной обмоткой. Ротор же может быть короткозамкнутым и фазным. Последний вариант получил более широкое распространение по ряду причин, хотя его конструкция намного сложнее, чем у короткозамкнутого ротора.

Конструкция фазного ротора

Фазный ротор АД конструктивно напоминает его статор. Основа ротора набирается из пластин электростатической стали, которые насаживаются на вал. Конструкция имеет продольные пазы, в которые укладываются витки катушек фазной обмотки. Количество фаз ротора строго соответствует количеству фаз статора. Для подключения обмотки ротора к цепи, на валу последнего устанавливаются 3 контактных кольца, к которым подведены концы обмотки, находящиеся в соприкосновении с токопроводящими щетками. В свою очередь щетки имеют выходы в коробку корпуса, что позволят подключать внешнее дополнительное сопротивление.

В зависимости от напряжения сети, фазы обмотки соединяются “треугольником” или “звездой”. Оси катушек двухполюсного электродвигателя смещены на 120 градусов относительно друг друга.

Контактные кольца изготавливаются из латуни или стали. На вал они посажены с обязательной изоляцией между собой. Щетки расположены на щеткодержатле, изготовлены из металлографита, к кольцам прижимаются посредством пружин.

Зачем нужно добавочное сопротивление?

Добавочное сопротивление служит для запуска двигателя с нагрузкой на его валу. Как только достигаются номинальные обороты вала, сопротивление отключается за ненадобность, а кольца закорачиваются. В противном случае работа электродвигателя будет нестабильной, возникнут потери КПД.

Роль добавочного внешнего сопротивления, как правило, выполняет ступенчатый реостат. В этом случае двигатель будет разгонятся тоже ступенчато. Часто используются устройства, способные поднять КПД двигателя, при этом избавляя щетки от излишнего трения о кольца. После разгона устройство поднимает щетки и замыкает кольца.

Для реализации автоматического пуска электродвигателя используется подключенная индуктивность к обмотке ротора. Дело в том, что в тот момент, когда осуществляется пуск, в роторе показатели индуктивности и частоты тока максимальны. При разгоне двигателя эти показатели падают, а в конечном итоге двигатель выходит на нормальный рабочий режим.

Отличие короткозамкнутого ротора от фазного

В короткозамкнутом роторе электродвигателя, в отличие от фазного варианта, нет обмоток. Их заменяют замкнутые с торцов между собой кольцами стержни, изготовленные из алюминия или меди. Визуально конструкция такого ротора напоминает беличье колесо, от чего он и получил свое название — “беличья клетка”.

Короткозамкнутый ротор приводится во вращение за счет наведения тока магнитным полем статора. Чтобы исключить пульсирование магнитного поля в роторе, стержни “беличьей клетки” располагаются параллельно между собой, но под наклоном относительно оси вращения. АД с короткозамкнутым ротором обладают высокой надежностью за счет отсутствия щеток, которые со временем перетираются. Кроме того, их стоимость меньше, чем у вариантов с фазным ротором.

Преимущества и недостатки электродвигателя с фазным ротором

Широкое распространение АД с фазным ротором получил за счет ряда серьезных преимуществ перед другими машинами подобного рода. Среди них следует отметить большой вращающий момент при запуске, а также относительно постоянную скорость вращения даже при высоких нагрузках. Такие электродвигатели для запуска требуют меньший пусковой ток, а конструкция позволяет использовать автоматические пусковые устройства. Кроме того, эти электрические машины хорошо переносят продолжительные перегрузки.

Как и любой электрический механизм, электродвигатели с фазным ротором имеют ряд недостатков:

  • Чувствительность к перепадам напряжения;
  • Большие габаритные размеры
  • Высокая стоимость;;
  • Более сложная конструкция за счет цепи ротора с добавочным сопротивлением;
  • Меньшие показатели коэффициента мощности и КПД (относительно АД с короткозамкнутым ротором).

Область применения электродвигателей с фазным ротором

Ад с фазным ротором, за счет высокого крутящего момента, низких пусковых токов и способности долговременно работать при повышенных нагрузках, используются там, где необходима большая мощность электродвигателя, но нет необходимости плавно регулировать скорость вращения в широких диапазонах. Кроме того, эти машины отлично приспособлены под пуск с нагрузкой на валу.

За счет высокой производительности, наиболее часто АД с фазным ротором используются на различном серьезном, тяжелом силовом оборудовании, например, подъемных кранах, лифтовых приводах, станках, различных подъемниках. Иными словами, эти двигатели используются там, где есть необходимость запуска под нагрузкой, а не на холостом ходу.

Проверка электродвигателя с фазным ротором

Для проверки обмоток статора трехфазного АД на целостность, необходимо добраться до клемм их подключения. Затем нужно произвести замеры сопротивлений между фазными клеммами по отдельности, предварительно сняв перемычки. Если сопротивление какой-либо обмотки меньше, чем у других, это свидетельствует о замыкании между ее витками. В этом случае двигатель отдается на перемотку.

Для проверки обмоток ротора, необходимо отыскать выводы от контактных колец. Затем нужно убедиться, что сопротивления обмоток совпадают. Если конструкция электродвигателя предусматривает наличие системы отключения обмоток ротора, отсутствие контакта может быть обусловлено именно поломкой данного механизма, а не обрывом витков.

О наличие какой-либо неисправности АД могут свидетельствовать следующие факторы:

  • Снижение скорости вращения при нагрузке. Характерно для высокого сопротивления в цепи ротора, слабого контакта в его обмотке, низкого напряжения электросети
  • Разворачивание АД, когда цепь ротора разомкнута – КЗ в обмотке ротора
  • Чрезмерное равномерное повышение температуры двигателя – длительная перегрузка АД или его недостаточное охлаждение
  • Нагрев статорной обмотки местного характера – двойное замыкание катушек статора на корпус или между фазами, КЗ между витками, неверное подключение катушек в фазе между собой
  • Нагрев стали статора местного характера – нарушение изоляции между листами стали, их оплавление и выгорание, замыкание
  • Посторонний шум при работе АД. Может быть вызван как выходом из строя подшипников, так и недостаточной запрессовкой активной стали. Определяется на слух по характеру постороннего шума
  • Перегорание в обмотке якоря предохранителей, отсутствие контакта в подводящей проводке, выход из строя реостата

Для самостоятельной диагностики и исправления неисправностей электродвигателя необходимыми являются хотя-бы минимальные познания в устройстве АД и электрических цепях в целом. Все же крайне не рекомендуется самостоятельно заниматься ремонтом электродвигателя с фазным ротором, так как это может привести к поражению электрическим током.

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или «треугольник» в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют «звездой». Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в «треугольник». В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Для работы подъемных механизмом необходимо использование специального редуктора. Предлагаем рассмотреть, как работают асинхронные крановые электродвигатели с фазным ротором для частотного регулирования, их обмоточные данные и технические характеристики.

Особенности двигателей

Все тяговые электродвигатели ГОСТ 18374 делятся на две группы:

  • работающие с фазным ротором;
  • работающие с короткозамкнутым ротором.

Обе эти группы имеют высокий КПД, но у них несколько разный принцип работы. Данные моторы используются во всех видах кранов: тельферах, талях, башенных, козловых и портальных установках. Главным преимуществом работы обоих типов является то, что помимо динамического способа работы, когда определенное количество времени поднимается груз с некоторым весом, они могут работать статично, когда груз некоторое время висит на кране неподвижно. Рассмотрим подробнее их принцип работы.

Основные технические характеристики

Двигатели с фазным ротором

Стандартные габариты и основные размеры мощностей двигателей:

Фото — Короткозамкнутые двигатели

Роторный мотор – это асинхронный двигатель, где ротор обмотки соединен через контактные кольца для внешнего сопротивления с рабочей и передаточной частью. Регулировка сопротивления позволяет контролировать частоты вращения крутящего момента двигателя. Роторный движок может быть запущен при помощи низкого пускового тока, а также путем использования высокого сопротивления в цепи ротора; при разгоне двигателя, сопротивление может быть уменьшено.

По сравнению с короткозамкнутым ротором, фазный двигатель роторного типа имеет больше витков обмотки; наведенное напряжение увеличивается, и имеющееся ниже, чем для короткозамкнутого ротора. При запуске типичного ротора используются 3 полюса, связанные с контактными кольцами. Каждый полюс соединен последовательно с переменной мощностью резистора. Во время запуска резисторов можно снизить напряженность поля статора. Как результат, пусковой ток сокращается. Еще одним важным преимуществом по сравнению с короткозамкнутым ротором является высокий стартовый крутящий момент.

Фото — Управление торможением фазного двигателя

Фазный роторный двигатель (сибэлектромотор), может быть использован в нескольких формах регулируемой скоростью вращения диска. Определенные типы вариаторов могут восстановить частоту скольжения и мощность от цепи ротора и питать его обратно в сеть, позволяя охватывать широкий диапазон скоростей с высокой энергетической эффективностью. Двойное питание электрических машин использует контактные кольца для внешнего питания в цепи ротора, что позволяет увеличить диапазон регулирования скорости вращения. Но сейчас такие механизмы редко используются, в основном они заменены на асинхронные двигатели с частотно-регулируемым приводом.

Фото — Конструкция фазного кранового электродвигателя

Короткозамкнутые роторы

Электродвигатели с короткозамкнутым ротором – это асинхронные крановые двигатели, которые состоят из стального цилиндра с алюминиевыми или медными жилами, внедренными в их поверхность и вращающейся части — ротора.

Эта модель двигателя представляет собой цилиндр, закрепленный на валу. Внутренне он содержит продольные проводящие бары (обычно изготавливается из алюминия или меди), установленные в пазы и присоединенные с обоих концов путем замыкания кольца, образующих каркасообразную форму. Название происходит от схожести между кольцами обмотки и баров с короткозамкнутым ротором.

Твердый сердечник ротора состоит из соединений легированной стали. Ротор имеет меньшее количество слотов, чем статор и не может быть кратен числу его пазов, для того чтобы предотвращать магнитные блокировки зубов ротора и статора первоначальный крутящий момент.

Описание принципа работы короткозамкнутого ротора: поля обмотки статора асинхронного электродвигателя переменного тока настраиваются на вращающееся магнитное поле через ротор. Благодаря движению, устройство начинает индуцировать ток и передавать его в обмотку и на бары. В свою очередь эти продольные токи в проводниках взаимодействуют с магнитным полем для производства моторной силы, выступая на касательный ортогональный ротор, в результате чего крутящий момент проворачивает вал. Также ротор вращается от магнитного поля, но на более низкой скорости. Разница в скорости называется скольжением и увеличивается с ростом нагрузки.

Схема работы изображена ниже:

Фото — Схема работы короткозамкнутых приводов

Проводники часто слегка наклонены по длине ротора, что снижает шум и сглаживает колебания крутящего момента, это может привести к увеличению скорости из-за взаимодействия с полюсными наконечниками статора. Количество баров на короткозамкнутом роторе определяет, в какой степени индуцированные токи возвращаются на обмотки статора и, следовательно, ток через них. Конструкция также может работать в качестве реверсивного механизма.

Железный якорь используется для того, чтобы проводить магнитное поле через проводники ротора. Дело в том, что МП ротора взаимодействует с МП якоря, и несмотря на то, что конструкция аналогичная трансформатору, это является причиной снижения и потери энергии. Якорь сделан из тонких пластин, разделенных лаковой изоляцией, чтобы уменьшить вихревые токи, циркулирующие в нем. Материал отличается низким уровнем выбросов углекислого газа, высоким кремния. Основа из чистого железа значительно снижает потери на вихревые токи, низкая коэрцитивная сила уменьшает малые потери на гистерезис.

Эта базовая конструкция используется как для однофазных, так и для трехфазных двигателей в широком диапазоне размеров. Роторы для трехфазных двигателей будут иметь вариации в глубину и форму баров. Как правило, бруски с большей толщиной могут иметь хороший крутящий момент и являются более эффективными в борьбе со скольжением, поскольку они представляют меньшую устойчивость к ЭМП.

Фото — Конструкция трехфазного двигателя

Трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются для:

  1. Крановых механизмов;
  2. Тяговых машин;
  3. Комбайнов;
  4. Грузовых автомобилей и кораблей.

Говоря про варианты установки двигателей, они бывают вертикально-фланцевые, горизонтальные, горизонтально-фланцевые.

Марки двигателей и обзор цен

На данный момент, в России и Украине осуществляется производство таких крановых электродвигателей:

Фазных – MTF, MTKF, MTM, MTН, MEZ FRENSTAT, KMR, DMTF, (завод Leroy Somer), WASI, FLSLB, SMH;

Короткозамкнутых – Sew-Eurodrive, двигатели от Bularia, Siemens, VEM, HORS, МТВ, МТИ, МТК, МТКМ, МТКН, МТМ, МТН, МТФ;

Для некоторых видов крановых механизмов (к примеру, металлургические подъемники), используются серии АИР (двухскоростные двигатели постоянного тока).

Купить крановые электродвигатели можно в любом городе СНГ, цена товара напрямую зависит от его мощности, фирмы-производителя и города, де он покупается. Возможен наличный и безналичный расчет. Из открытых источников мы собрали прайс-лист, предлагаем с ним ознакомиться (цены приблизительные, при покупке кранового электродвигателя обязательно просмотрите дополнительно каталог производителя, возможны изменения цен):

Город Стоимость, рубли Город Стоимость, рубли
Москва 50 000 Минск 43 000
Киев 50 000 Владивосток 46 000
Воронеж 43 000 Омск 40 000
Новосибирск 46 000 Владимир 40 000
Вологда 40 000 Томск 46 000
Тула 40 000 Уфа 40 000
Екатеринбург 43 000 Казань 40 000
Астана 46 000 Волгоград 40 000

Все производители дают на свои приборы гарантию – 5 лет (минимум – год, т.к. мощность более 10 кВт). Продажа осуществляется в специализированных центрах, магазинах. Мы не советуем приобретать данные устройства из рук либо на стихийных рынках. Следите за тем, чтобы двигатели были работоспособные и полностью исправные, обязательно должны быть соблюдены условия хранения (влажность ниже 40 %, температура от +3 до +20 градусов), иначе возможно окисление внутренних контактов.

«>

Трехфазный асинхронный двигатель — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Трехфазный асинхронный двигатель

Cтраница 3


Трехфазный асинхронный двигатель изобретен русским инженером, выдающимся электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским.  [32]

Трехфазный асинхронный двигатель состоит из статора ( неподвижная часть), ротора ( вращающаяся часть), обмоток и подшипниковых щитов.  [34]

Трехфазные асинхронные двигатели выпускаются с коротко-замкнутыми или с фазными роторами.  [35]

Трехфазные асинхронные двигатели мощностью 0 6 — 100 кет общепромышленного применения составляют единую серию. Двигатели с чугунным корпусом защищенного исполнения обозначаются буквой А, двигатели закрытого исполнения — АО, двигатели с алюминиевым корпусом — соответственно буквами АЛ и АОЛ.  [36]

Трехфазный асинхронный двигатель М. О. Доливо-Доброволь — ского, изготовленный для Франкфуртской выставки.  [37]

Трехфазный асинхронный двигатель АОЛ2 — 22 — 6 с короткозамкнутым ротором имеет скольжение, изменяющееся от 0 4 до 7 % при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной.  [38]

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором вращается с частотой я 1440 об / мин. Определить число пар полюсов и скольжение, если синхронная частота вращения магнитного поля щ1500 об / мин.  [39]

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором вращается с частотой и2 1440 об / мин. Определить число пар полюсов и скольжение, если синхронная частота вращения магнитного поля Wj 1500 об / мин.  [40]

Трехфазный асинхронный двигатель АОЛ2 — 22 — 6 с короткозамкнутым ротором имеет скольжение, изменяющееся от 0 4 до 7 % при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной.  [41]

Трехфазный асинхронный двигатель включен в сеть переменного тока с напряжением 17220 В. Определить ЭДС Et и Е2, индуцируемые в фазах обмоток статора и ротора при неподвижном и вращающемся роторе. Падение напряжения в обмотке статора составляет 0 01 Ut.  [42]

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором включен в сеть переменного тока с напряжением f / 220 В.  [43]

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором МТ-42-8 потребляет от сети мощность Р1 19 4 кВт при токе / л 73 8 А и напряжении U220 В.  [44]

Трехфазный асинхронный двигатель потребляет из сети мощность Рг — 1 875 кВт при токе / ф 3 5 А и напряжении ( 7220 В.  [45]

Страницы:      1    2    3    4

Решение задачи по теме “Трехфазные асинхронные двигатели c короткозамкнутым ротором”

ЗАДАЧА 7. Решение задачи по теме “Трехфазные асинхронные двигатели c короткозамкнутым ротором”

Условие задачи. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается от сети с линейным напряжением Uл. Заданы параметры двигателя: номинальная мощность Pн, частота вращения nн, коэффициент полезного действия  н, коэффициент мощности cos  1н при номинальной нагрузке, кратность максимального момента Ммах / Мн и кратность пускового тока  п /  н. Численные значения этих величин приводятся в табл. 2.10. Номинальное фазное напряжение обмотки статора U1ф = 220 В.

Требуется: 1) начертить схему подключения асинхронного двигателя к трехфазной сети; 2) определить способ соединения обмотки статора; 3) определить фазные и линейные токи двигателя; 4) определить число пар полюсов обмотки статора; 5) определить номинальное скольжение и номинальный момент; 6) определить критическое скольжение; 7) определить значение пускового тока; 8) определить значение вращающего момента, развиваемого двигателем при скольжениях: 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0; 9) построить график механической характеристики n2(M) асинхронного двигателя.

Решение:

  1. Начертить схему подключения асинхронного двигателя к трехфазной сети.

При включении асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором ток сети превышает номинальный в 4—8 раз. Из-за этих высоких пиков тока возникают кратковременные, нежелательные понижения напряжения в распределительной сети (колебания яркости в лампах накаливания). Поэтому для ослабления пусковых токов, происходящих [три включении больших трехфазных асинхронных двигателей, применяются переключатели со звезды на треугольник. При помощи этих переключителей двигатели, фазы обмотки которых соединены треугольником, подсоединяются сначала к сети по схеме звезда, в результате чего ток, а также вращающий момент электродвигателя составляют лишь треть от значения при прямом включении. После разбега при помощи переключателя формируется схема соединения треугольником. Ослабленный вращающий момент необходимо учитывать при пуске под нагрузкой.

Выводы трех фаз обмотки в трехфазных асинхронных двигателях с обозначениями С1—С4, С2—С5, СЗ—С6 подсоединяются к колодке зажимов согласно схеме рис. 1. Таким образом можно легко реализовать соединение фаз обмотки звездой при горизонтальном соединении зажимов С6, С4, С5 н соединение фаз обмотки в треугольник при вертикальном соединении зажимов С1 с С6, С2 с С4 и СЗ с С5.

 

Рис. 1. Коробки зажимов в трехфазных асинхронных машинах:

а — подключение фаз обмотки; б — соединение звездой при соединение зажимов; в — соединение треугольником при вертикальном соединение зажимов

  1. Определить способ соединения обмотки статора.

Так как номинальное напряжение двигателя U1 ф = 220 В, то при линейном напряжении сети Uл =380 В, его обмотку статора нужно соединять звездой.

  1. Определить фазные и линейные токи двигателя.

Так как обмотка статора соединяется треугольником, то .

Для симметричной нагрузки которой является двигатель мощности каждой фазы равны. В паспорте двигателя указывается механическая мощность на валу; потребляемая активная мощности двигателя

==60439.56 Вт

Для симметричной нагрузки, какой является двигатель,

P = 3 Uф Iф cos φ

=122.1 А

=211.48 А

  1. Определить число пар полюсов обмотки статора.

р- число пар полюсов АД

,где

n- ближайшее, паспортное номинальное значение частоты вращения(500 об/мин)

f 1– частота питающей сети 50 Гц

=6

  1. Определить номинальное скольжение и номинальный момент.

Номинальный момент

=51,3 об/мин

=1072,12 Нм

Номинальное скольжение

=52,33 об/мин

=0.0197

  1. Определить критическое скольжение.

, где

-перегрузочная способность машины

=1,8

=0,06494

  1. Определить значение пускового тока.

Значение пускового тока определим из кратности пускового и номинального тока :

Iп=6*Iн

Iп=6*122,1=732,6 А

  1. Определить значение вращающего момента, развиваемого двигателем при скольжениях: 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

Механическая характеристика в относительных единицах по уравнению Клосса

,где

S-скольжение

а- конструктивный коэффициент

Примем а=0,4

Мк=1,8Мн=1,8*1072,12=1929,82 Нм

Значения вращающего момента приведем в таблице:

S

М,Нм

1

242,295

0,8

301,9053

0,6

399,9562

0,4

589,8149

0,2

1087,653

0,1

1677,371

0,05

1772,714


  1. Построить график механической характеристики n2 (М) асинхронного двигателя.

Механическая характеристика двигателя

Механическая характеристика в относительных единицах по уравнению Клосса

Таблица значений механической характеристики для заданных скольжений в п 8.

S

M,Нм

n, об/мин

1

242,295

0

0,980317

247,1012

9,84062

0,8

301,9053

99,99216

0,6

399,9562

199,9843

0,4

589,8149

299,9765

0,2

1087,653

399,9687

0,1

1677,371

449,9647

0,05

1772,714

474,9628

0

0

499,9608

1) В чем особенность устройства асинхронных двигателей с фазным ротором?

Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. 

Другая разновидность трехфазных асинхронных двигателей — двигатели с фазным ротором — конструктивно отличается от рассмотренного двигателя главным образом устройством ротора (рис.5). Статор этого двигателя также состоит из корпуса 3 и сердечника 4 с трехфазной обмоткой. У него имеются подшипниковые щиты 2 и 6 с подшипниками качения 1 и 7. К корпусу 3 прикреплены лапы 10 и коробка выводов 9. Однако ротор имеет более сложную конструкцию. На валу 8 закреплен шихтованный сердечник 5с трехфазной обмоткой, выполненной аналогично обмотке статора. Эту обмотку соединяют звездой, а ее концы присоединяют к трем контактным кольцам 11, расположенным на валу и изолированным друг от друга и от вала. Для осуществления электрического контакта с обмоткой вращающегося ротора на каждое контактное кольцо 1 (рис.6) накладывают обычно две щетки 2, располагаемые в щеткодержателях 3. Каждый щеткодержатель снабжен пружинами, обеспечивающими прижатие щеток к контактному кольцу с определенным усилием.

Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию и менее надежны, но они обладают лучшими регулировочными и пусковыми свойствами, чем двигатели с короткозамкнутым ротором. Принципиальная схема включения в трехфазную сеть асинхронного двигателя с фазным ротором показана на рис.4, б. Обмотка ротора этого двигателя соединена с пусковым реостатомПР, создающим в цепи ротора добавочное сопротивление Rдоб

Рис.5. Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором:

1, 7 — подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 — корпус; 4 – сердечник статора с обмоткой; 5 – сердечник ротора; 8 — вал; 9 – коробка выводов; 10 — лапы; 11 – контактные кольца

Рис.6 Расположение щеткодержателей

Конструктивно фазный ротор представляет из себя трехфазную обмотку (аналогичную обмотки статора) уложенную в пазы сердечника фазного ротора. Концы фаз такой обмотки ротора обычно соединяются в «звезду», а начала подключают к контактным кольцам, изолированным друг от друга и от вала. Через щетки к контактным кольцам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, однако обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами.

2) Как осуществляется пуск двигателя с фазным ротором в условиях лаборатории?

3) Начертить графики механических характеристик при пуске АД при наличии в цепи ротора пускового реостата rд=var. Пояснить пуск АД в данном случае.

Наличие контактных колец у двигателей с фазным ро­тором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R2 = r2‘ + rд‘, где rд‘ — электрическое сопротивление пускового реостата,

Рис. 15.1. Зависимость пускового момента от

активного сопротив­ления цепи ротора приве­денное к обмотке статора.

Влияние возросшего значения активно­го сопротивления на пусковой момент двигателя Мп следует из . Это влияние графически показано на рис. 15.1, из которого видно, что если при отсутствии ПР, т. е. при активном сопротив­лении цепи ротора R2 = r2, пусковой момент Мп = Мпо, то при введении в цепь ротора добавочного активного сопротивления rдоб , когда R/2 = r2‘ + rдоб‘ , пусковой момент возрастает и при R//2 = r2‘ + rдоб‘ = х1 + х’2 достигает наибольшего значения Мп.наиб. При R/2 > х1 + х’2 пусковой момент уменьшается.

Введение добавочного активного сопротивления увеличивает полное сопротивление роторной цепи, в результате чего уменьшается пусковой ток и увеличивается роторной цепи, вследствие чего увеличивается активная составляющая тока ротора и, следовательно, пусковой момент двигателя.

На рис. 15.2, а показана схема включения ПР в цепь фазного ро­тора. В процессе пуска двигателя ступени ПР переключают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. На рис. 15.2, б представлен график изменения пускового мо­мента асинхронного двигателя при четырех ступенях пускового реостата. Так, в начальный момент пуска (первая ступень реоста­та) пусковой момент равен Мп.maхПо мере разгона двигателя его момент уменьшается по кривой 1Как только значение момента уменьшится до значения Мп.min рычаг реостата переводят на вторую ступень и сопротивление реостата

Рис. 15.2. Схема включения пускового реостата (а) и построение графика пускового момента (б) асинхронного двигателя с фазным ротором

уменьшается. Теперь зави­симость М = f(s) выражается кривой 2 и пусковой момент двигате­ля вновь достигает Мп.mахЗатем ПР переключают на третью и на четвертую ступени (кривые 3 и 4).После того как электромагнит­ный момент двигателя уменьшится до значения, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота враще­ния ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. Таким образом, в течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным Мп.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

Рис. 262. Механические характеристики асинхронного двигателя: а — естественная; б — при включении пускового реостата

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис. 262,б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

Двигатель с обмоткой ротора: Что это такое?

Двигатель с фазным ротором — это разновидность трехфазного асинхронного двигателя, предназначенная для обеспечения высокого пускового момента для нагрузок с высокой инерцией при очень низком токе.

Двигатели с фазным ротором также называют двигателями с фазным ротором.


Статор двигателя с фазным ротором такой же, как у обычного асинхронного двигателя, но ротор имеет трехфазную обмотку, причем каждый из выводов обмотки подключен к отдельным контактным кольцам.Напротив, традиционный асинхронный двигатель (он же «двигатель с короткозамкнутым ротором») имеет обмотки, которые постоянно закорочены концевым кольцом.

Контактные кольца двигателя с фазным ротором содержат щетки, которые образуют внешнюю вторичную цепь, в которую может быть добавлено полное сопротивление (сопротивление). Во время пуска это сопротивление включается последовательно с обмотками ротора. Это добавленное сопротивление заставляет ток ротора течь в большей степени синфазно с током статора, что увеличивает развиваемый крутящий момент.Но добавленное сопротивление также снижает ток во вторичной цепи, поэтому очень высокий пусковой момент может быть получен с низким пусковым током .

Ротор двигателя с фазным ротором имеет трехфазные обмотки, которые соединены с контактными кольцами.
Изображение предоставлено: TMEIC

Традиционным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором при запуске может потребоваться от 400 до более 1000 процентов тока полной нагрузки.


Если полное сопротивление вводится во вторичную цепь при работающем двигателе, ток ротора уменьшается, а скорость двигателя уменьшается.Но по мере уменьшения скорости двигателя в обмотках ротора индуцируется большее напряжение, и вырабатывается больше тока для создания необходимого крутящего момента при этой пониженной скорости.

Постепенно уменьшая сопротивление , позволяет двигателю набрать нормальную рабочую скорость, обеспечивая плавное ускорение нагрузки. Поддерживая некоторое сопротивление во вторичной цепи, можно до определенного предела контролировать скорость. Но этот метод регулирования скорости теряет свою эффективность по мере увеличения скорости — примерно до 50 процентов номинальной скорости при полной нагрузке.Как только сопротивление во вторичной цепи полностью закорочено, двигатель электрически ведет себя как традиционный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Контактные кольца образуют вторичный внешний контур. Добавление сопротивления в эту цепь изменяет кривую крутящего момента двигателя.

Недостатками двигателей с фазным ротором являются сложность и необходимость технического обслуживания контактных колец и щеток по сравнению с традиционными двигателями с короткозамкнутым ротором. Однако двигатели с фазным ротором полезны в приложениях с высокими инерционными нагрузками, таких как большие вентиляторы, насосы и мельницы, поскольку конструкция с фазным ротором позволяет постепенно ускорять нагрузку за счет управления скоростью и крутящим моментом.И они могут развивать очень высокий пусковой крутящий момент в состоянии покоя с низким пусковым током. Хотя в настоящее время преобладают традиционные асинхронные двигатели с приводами с регулируемой скоростью, двигатели с фазным ротором также могут использоваться для приложений с регулируемой скоростью, если не требуется очень точное управление скоростью.

Изображение предоставлено: TECO-Westinghouse Motors, Inc.

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 подключать 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 небольших двигателей, это проблема для 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 приведенном ниже рисунке показано, что при увеличении сопротивления ротора с 0 R до 2 R 900 пик крутящего момента смещения 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 момент отрыва пропорционален скольжению.Таким образом, при запуске создается высокий крутящий момент.

Пик пробивного момента сдвигается на нулевую скорость за счет увеличения сопротивления ротора

Сопротивление снижает крутящий момент, доступный при полной скорости вращения. Но это сопротивление закорачивается 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 техническое обслуживание щеток и контактных колец является 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. График R 2 при 90% Ns, рисунок ниже. Резисторы R 0 , R 1 , R 2 , R 3 увеличиваются в значении от нуля.

Более высокое сопротивление при R 3 еще больше снижает скорость. Регулировка скорости плохая по отношению к изменяющимся нагрузкам крутящего момента. 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 как со статором, так 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 извлекает энергию из 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 из 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 вала 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 переменная сопротивления от 50% до 100% полной скорости.
  • Более строгое 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:

Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?

Электродвигатели — машины, преобразующие электричество в механическую энергию — повсеместно используются в мире машиностроения. Они являются краеугольным камнем инженерных достижений, таких как лифты, насосы и даже электромобили, благодаря способности использовать эффект электромагнитной индукции.Эти так называемые асинхронные двигатели используют переменный ток и электромагнетизм для создания вращательного движения и имеют множество конфигураций. Особый тип асинхронного двигателя переменного тока, известный как двигатели с фазным ротором, будет в центре внимания этой статьи. Хотя эти двигатели используются только в особых случаях, они имеют явное преимущество перед другими популярными вариантами (с короткозамкнутым ротором, синхронными двигателями и т. Д.) Благодаря своим уникальным характеристикам. Будут изучены анатомия и принцип действия этих двигателей, а также специфические характеристики, которые делают их столь важными для приложений, где другие, более популярные асинхронные двигатели не могут быть реализованы.

Что такое двигатели с фазным ротором?

Двигатели с фазным ротором представляют собой специализированный тип двигателей переменного тока и работают во многом так же, как и другие асинхронные двигатели. Они состоят из двух основных компонентов: внешнего статора и внутреннего ротора, разделенных небольшим воздушным зазором. Статор, как правило, одинаков для всех асинхронных двигателей и состоит из металлических пластин, удерживающих на месте обмотки из медной или алюминиевой проволоки. В статоре есть три отдельные катушки, которые питаются трехфазным переменным током, что просто означает, что каждая из них питается от отдельного переменного тока.Это не всегда так, поскольку некоторые двигатели являются однофазными двигателями, но двигатели с фазным ротором обычно всегда трехфазные. Тем не менее, эти три фазы создают магнитное поле, которое смещается вместе с переменными токами. Это создает вращающееся магнитное поле (RMF), которое действует на ротор. В двигателях с фазным ротором ротор «намотан» проводом, похожим на статор, а их концевые выводы соединены с 3 контактными кольцами на выходном валу. Эти контактные кольца прикреплены к щеткам и блокам резисторов переменной мощности, где операторы могут изменять скорость двигателя, изменяя сопротивление через катушки ротора.Эти контактные кольца позволяют регулировать скорость и крутящий момент и являются определяющей особенностью двигателей с фазным ротором (именно поэтому эти двигатели часто называют двигателями с фазным ротором).

Как работают двигатели с фазным ротором?

Мы рекомендуем прочитать нашу статью об асинхронных двигателях, чтобы понять основные законы, общие для всех асинхронных машин, но эта статья кратко объяснит научные основы работы двигателя с фазным ротором.

Эти двигатели классифицируются как асинхронные двигатели, в которых существует несоответствие (известное как «проскальзывание») между скоростью RMF статора (синхронная скорость) и выходной скоростью (номинальная скорость).При создании необходимого тока, напряжения и магнитной силы в обмотках ротора двигатель всегда будет испытывать скольжение между вращающимся полем и ротором. Не стесняйтесь посетить нашу статью о типах двигателей переменного тока, чтобы узнать больше.

Двигатели с фазным ротором отличаются тем, как их ротор взаимодействует со статором. Обмотки ротора подключены к вторичной цепи, содержащей контактные кольца, щетки и внешние резисторы, и питаются от отдельного трехфазного переменного тока. При запуске внешнее сопротивление, передаваемое этой вторичной цепи, приводит к тому, что ток ротора снижает силу RMF статора (он работает более «синфазно» с RMF статора).Это означает, что скорость вращения можно контролировать, изменяя сопротивление при достижении двигателем 100% скорости, что позволяет операторам выбирать пусковой момент и рабочие характеристики. Это приводит к плавному запуску, высокому начальному крутящему моменту, низкому начальному току и способности регулировать скорость вращения, чего нельзя достичь с помощью более простых конструкций, таких как двигатели с короткозамкнутым ротором (более подробную информацию об этой конструкции можно найти в нашей статье на двигателях с короткозамкнутым ротором).

Технические характеристики двигателя с обмоткой ротора

Спецификации двигателя с фазным ротором включают понимание спецификаций всех асинхронных двигателей, которые можно просмотреть в нашей статье об асинхронных двигателях.В этой статье будут освещены важные концепции двигателей с фазным ротором, которые необходимо понять перед покупкой одного из них, но помните, что это не все.

Пусковой ток

Статор RMF вращается на полной скорости при запуске трехфазного асинхронного двигателя, в то время как ротор изначально находится в состоянии покоя. Ротор испытывает индуцированный ток, когда через него проходит RMF статора, и единственным ограничивающим фактором для этого тока является сопротивление обмоток ротора (ток = напряжение / сопротивление).Это приводит к увеличению тока в роторе, что увеличивает потребность в токе статора и, следовательно, вызывает «бросок» пускового тока в двигатель. Этот ток может быть в два-семь раз выше номинального тока, указанного на паспортной табличке, и может вызвать серьезные проблемы при высоком напряжении. Когда двигатель достигает своей номинальной скорости, ротор генерирует «обратную ЭДС» в статоре, которая снижает ток статора до номинального уровня. Пусковой ток — это то, что минимизируется в двигателях с фазным ротором за счет увеличения сопротивления обмоток ротора (I = V / R, где R увеличивается), и почему они имеют такие плавные пусковые характеристики.

Крутящий момент двигателя и кривая крутящего момента-скорости

Самая важная спецификация двигателей с фазным ротором — это то, как они работают при включении, и это визуализируется с помощью графиков крутящего момента-скорости. Асинхронные двигатели могут значительно превышать как их номинальный крутящий момент, так и ток, когда они не работают на 100% скорости; Кривые крутящего момента / скорости отображают это переходное поведение, а на Рисунке 1 показана общая кривая крутящего момента / скорости для асинхронных двигателей с обозначенными важными точками.

Рисунок 1: Кривая крутящий момент-скорость для асинхронных двигателей.

Пусковой крутящий момент — это крутящий момент, возникающий при начальном броске тока, который всегда превышает номинальный крутящий момент. Вытягивающий момент — это максимальный крутящий момент, достигнутый до установившегося режима, а номинальный крутящий момент — это то, что обеспечивается, когда двигатель работает на 100% скорости. Эта связанная скорость не совсем равна синхронной скорости RMF, и это скольжение показано на рисунке 1.

Двигатели

, в которых используются популярные конструкции с короткозамкнутым ротором, имеют ограниченный контроль над кривыми крутящего момента и скорости (подробнее см. В нашей статье о двигателях с короткозамкнутым ротором).Стержни ротора с короткозамкнутым ротором закорочены; это приводит к невозможности изменить сопротивление ротора, а это означает, что единственный способ повлиять на скорость вращения — это изменить напряжение (I = V / R, где R является постоянным). Это может вызвать проблемы в больших двигателях, где необходимый входной ток может стать опасно высоким. Двигатели с фазным ротором решают эту проблему, изменяя сопротивление ротора с помощью вторичной цепи, присоединенной к блоку сопротивления переменной мощности и контактным кольцам. За счет увеличения сопротивления в роторе через контактные кольца, тяговый момент может быть достигнут на гораздо более низких скоростях, что обеспечивает более высокий начальный крутящий момент и более низкий пусковой ток.При достижении синхронной скорости сопротивление ротора также может быть закорочено, в результате чего двигатель с фазным ротором ведет себя так, как будто это двигатель с короткозамкнутым ротором. На рис. 2 показано влияние увеличения сопротивления ротора на выходной крутящий момент.

Рис. 2. Как изменение сопротивления ротора влияет на пусковой и отрывной момент.

Из этого графика видно, что двигатель с фазным ротором обеспечивает управление током, крутящим моментом и скоростью намного лучше, чем другие конструкции. Изменяя сопротивление, этим двигателям потребуется меньший начальный пусковой ток для компенсации, они будут иметь более сильный пусковой крутящий момент и могут максимизировать свой пусковой крутящий момент, также сделав его крутящим моментом отрыва (пример кривой R2 на рисунке 2).Такой подход приводит к созданию двигателя с регулируемой скоростью, высоким пусковым моментом и низким пусковым током, с возможностью изменять эти характеристики по желанию оператора.

Заявки и критерии отбора

Двигатели с фазным ротором могут справиться с тем, что другие асинхронные двигатели не могут, а именно с регулированием скорости, тока и крутящего момента. Способность увеличивать сопротивление ротора при запуске двигателя позволяет плавно разгонять тяжелые нагрузки до номинальной скорости. Когда необходимо минимизировать пусковой ток или имеется ограничение пускового тока ниже, чем могут выдержать двигатели с короткозамкнутым ротором / синхронные двигатели, рассмотрите возможность использования двигателя с фазным ротором.

У двигателей с фазным ротором есть недостатки, и они являются следствием их сложной конструкции. Вторичный контур создает больше возможностей для ошибки, а щетки с контактным кольцом могут представлять угрозу безопасности, если не проверять их регулярно (изношенные щетки могут вызвать искрение и увеличить риск возгорания). Эти двигатели также дороги в обслуживании, что увеличивает их и без того дорогостоящую цену. Их сложность также снижает общий КПД двигателя, и двигатель с короткозамкнутым ротором следует выбирать, если эффективность является основной проблемой или конструктивным ограничением.

Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором и его регулируемые характеристики крутящего момента и скорости являются дорогостоящими и менее эффективными, они отлично подходят для управления большими шаровыми мельницами, большими прессами, насосами с регулируемой скоростью, кранами, подъемниками и другими высокоинерционными нагрузками. Они также отлично подходят для любого приложения, которому нужен плавный запуск и возможность изменять скорость. Они охватывают основы, недоступные для других асинхронных двигателей, и неоценимы для разработчиков, которым необходим абсолютный контроль над скоростью и крутящим моментом.

Сводка

В этой статье представлено понимание того, что такое двигатели с фазным ротором, как они работают и каковы их основные характеристики, определяющие, когда они должны быть указаны по сравнению со стандартными асинхронными двигателями.Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://geosci.uchicago.edu
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/mintage/indmot.html
  3. http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
  4. https://oaktrust.library.tamu.edu/bitstream/handle/1969.1/163595/T17123-130.pdf? последовательность = 1 & isAllowed = y
  5. http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html
  6. https://scholar.cu.edu.eg

Прочие изделия для двигателей

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Асинхронный двигатель с обмоткой ротора

: что это такое? (Схема и контроль скорости)

Что такое асинхронный двигатель с фазным ротором?

Асинхронный двигатель с фазным ротором (также известный как асинхронный двигатель с круглым ротором или асинхронным двигателем с контактным кольцом) определяется как специальный тип трехфазного асинхронного двигателя переменного тока, предназначенный для обеспечения высокого пускового момента путем подключения внешнего сопротивления к цепи ротора.Ротор двигателя представляет собой разновидность ротора с намоткой. Поэтому его также называют асинхронным двигателем с фазным ротором или фазным ротором.

Скорость, с которой работает асинхронный двигатель с контактным кольцом, не равна синхронной скорости ротора. Следовательно, он также известен как асинхронный двигатель.

Схема двигателя с фазным ротором

Статор асинхронного двигателя с фазным ротором такой же, как у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Ротор двигателя намотан на такое же количество полюсов, что и у статора.

Ротор имеет трехфазные изолированные обмотки, каждая из которых соединена с контактными кольцами через щетки. Здесь функция щетки — собирать ток к обмотке ротора и от нее.

Эти щетки дополнительно подключаются к трехфазному реостату, соединенному звездой. На рисунке ниже показана схема асинхронного двигателя с фазным ротором.

Схема двигателя с фазным ротором

В асинхронном двигателе с контактным кольцом или с фазным ротором крутящий момент увеличивается за счет добавления внешнего сопротивления в цепь ротора от реостата, подключенного звездой.

Это сопротивление реостата постепенно снижается по мере увеличения скорости двигателя. Это дополнительное сопротивление увеличивает импеданс ротора, следовательно, также снижает ток ротора.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

Сопротивление ротора / Пуск реостата

Асинхронный двигатель с контактным кольцом практически всегда запускается при полном линейном напряжении, приложенном к клеммам статора.

Величина пускового тока регулируется путем введения переменного сопротивления в цепь ротора.Управляющее сопротивление выполнено в виде реостата, соединенного звездой; сопротивление постепенно снижается по мере того, как двигатель набирает скорость.

За счет увеличения сопротивления ротора ток ротора уменьшается при запуске, и, следовательно, ток статора также уменьшается, но в то же время увеличивается крутящий момент из-за улучшения коэффициента мощности.

Как уже говорилось, дополнительное сопротивление в цепи ротора позволяет двигателю с контактными кольцами развивать высокий пусковой крутящий момент при умеренном пусковом токе.

Следовательно, двигатель с фазным ротором или токосъемным кольцом всегда можно запустить с некоторой нагрузкой. Когда двигатель работает в нормальных условиях, контактные кольца замыкаются накоротко, а щетки снимаются.

Как контролировать скорость двигателя с фазным ротором

Контроль сопротивления ротора

Скорость вращения асинхронного двигателя с фазным ротором или контактным кольцом можно регулировать путем изменения сопротивления в цепи ротора. Этот метод применим только к асинхронным двигателям с контактным кольцом.

Когда двигатель работает и если в цепь ротора включено полное сопротивление, скорость двигателя уменьшается.

Теперь, если скорость двигателя снизилась, в цепи ротора индуцируется большее напряжение для создания необходимого крутящего момента. Таким образом, крутящий момент увеличивается.

Аналогично, когда сопротивление ротора уменьшилось, скорость двигателя увеличилась. На рисунке ниже показаны характеристики скорости-момента асинхронного двигателя с контактным кольцом.

Характеристики крутящего момента и скорости асинхронного двигателя с фазным ротором

Как показано, когда сопротивление ротора на каждую фазу составляет R 1 , скорость двигателя становится N 1 .Характеристики крутящего момента двигателя на R 1 показаны синей линией.

Теперь, если сопротивление ротора на фазу увеличивается до 2 R, скорость двигателя снижается до 2 N. Характеристики крутящего момента двигателя на R 2 показаны зеленой линией.

Для чего предназначены контактные кольца, расположенные на валу ротора двигателя с фазным ротором?

Контактные кольца, расположенные на валу ротора двигателя с фазным ротором, предназначены для подключения внешнего сопротивления в цепи ротора в виде реостата, соединенного звездой.

Обратите внимание, что контактные кольца — это электромеханическое устройство, которое используется для передачи энергии или электрических сигналов от неподвижных частей к вращающимся.

Контактные кольца также известны как электрические поворотные соединения, электрические поворотные интерфейсы или коллекторные кольца.

Асинхронный двигатель с обмоткой ротора и короткозамкнутый ротор

В чем разница между электродвигателем с короткозамкнутым ротором и электродвигателем с обмоткой ротора?

Основное различие между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и асинхронным двигателем с ротором заключается в конструкции ротора.

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором стержни ротора постоянно закорочены на концевых кольцах, поэтому внешнее сопротивление не может быть подключено, тогда как в асинхронных двигателях с контактным кольцом внешнее сопротивление звезды подключено в цепи ротора.

Другие различия между двумя двигателями обсуждаются в таблице ниже.

Дешевле в приложениях 903
Технические характеристики Асинхронный двигатель с фазным ротором или контактным кольцом Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Конструкция Сложная из-за наличия 903 контактных колец и щеток к отсутствию контактных колец и щеток
Метод пуска Для двигателя требуются контактные кольца, щеточный редуктор, устройство короткого замыкания, пусковое сопротивление и т. д.… Двигатель может запускаться пускателем со звезды на треугольник.
Пусковой момент Высокий пусковой момент может быть получен из-за наличия внешнего сопротивления в цепи ротора. Низкий пусковой крутящий момент, его нельзя улучшить.
Фактор пространства в слотах Лучше Плохо
Ротор Ротор представляет собой намотанный ротор, концы которого соединены с 3 контактными кольцами на выходном валу. Ротор — роторный с перекосом, его выводы закорочены на концевых кольцах.
Число оборотов ротора Больше Меньше
Наведенное напряжение в роторе Более высокое Меньше
9000 903 Управление скоростью Возможен метод сопротивления ротора Скорость не может контролироваться методом сопротивления ротора
Техническое обслуживание Требуется частое техническое обслуживание из-за наличия щеток и контактных колец Требуется меньшее техническое обслуживание
Медь Убытки Высокие Меньше
Эффективность Низкие из-за потерь мощности во внешнем сопротивлении Высокие
Стоимость Высокие затраты Используется там, где высокий старт требуемый крутящий момент для кранов, подъемников, лифтов и т. д.…
Редко используется Около 5% -10% промышленности используют асинхронные двигатели с контактным кольцом.
Используется в токарных станках, сверлильных станках, воздуходувках, вентиляторах и т. Д.…
Широко используется около 90% промышленности используют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.

Преимущества двигателя с фазным ротором

Некоторые преимущества асинхронного двигателя с фазным ротором обсуждаются ниже.

  • Высокий пусковой момент — асинхронный двигатель с контактным кольцом может обеспечить высокий пусковой момент из-за наличия внешнего сопротивления в цепи ротора.
  • Высокая перегрузочная способность — асинхронные двигатели с контактным кольцом обладают высокой перегрузочной способностью и плавным ускорением при больших нагрузках.
  • Низкий пусковой ток по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором — Дополнительное сопротивление в цепи ротора увеличивает полное сопротивление ротора, следовательно, снижает пусковой ток.
  • Регулируемая скорость — скорость можно регулировать путем изменения сопротивления цепи ротора. Так что он считается «двигателем с регулируемой скоростью».
  • Повышенный коэффициент мощности

Преимущества двигателя с короткозамкнутым ротором

Некоторые преимущества асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором обсуждаются ниже.

  • Простая и прочная конструкция
  • Дешевле
  • Низкие затраты на техническое обслуживание
  • Почти постоянная скорость
  • Высокая перегрузочная способность
  • Простое пусковое устройство
  • Больший крутящий момент отрыва и большая выходная мощность
  • Взрывобезопасность- proof
  • Может лучше охлаждаться благодаря концевым кольцам основания

Каковы общие области применения асинхронного двигателя с обмоткой ротора

Некоторые из распространенных применений асинхронного двигателя с ротором с ротором включают:

  • Асинхронный двигатель с контактным кольцом или с обмоткой Асинхронный двигатель с ротором подходит для большинства мощных промышленных электроприводов, где требуется высокий пусковой момент.Он используется для перемещения тяжелых грузов, таких как: 1. Лифты 2. Линейные валы 3. Краны 4. Подъемник 5. Лифты 6. Конвейер 7. Намоточные машины 8. Мельницы и т. Д.
  • Асинхронный двигатель с фазным ротором или контактным кольцом может использоваться в различных формах привода с регулируемой скоростью. Некоторые скоростные приводы требуют изменения скорости с определенным интервалом времени. Таким образом, для этого применения подходит асинхронный двигатель с контактным кольцом.
  • Асинхронный двигатель с контактным кольцом или асинхронный двигатель с фазным ротором используется для обеспечения высокого пускового момента при выгрузке угля на угольной электростанции.
  • Асинхронный двигатель с фазным ротором используется там, где пусковой ток слишком высок по сравнению с мощностью энергосистемы.
  • Асинхронный двигатель с фазным ротором или контактным кольцом используется для привода машин, в которых используются большие маховики для выдерживания пиковых нагрузок, таких как пробивные прессы и ножницы.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором (иногда называемый электродвигателем с контактным кольцом) представляет собой разновидность стандартных асинхронных двигателей с сепаратором. Двигатели с фазным ротором имеют трехфазную обмотку, намотанную на ротор, которая заканчивается контактными кольцами.Работу двигателя можно резюмировать следующим образом.
  • Контактные кольца ротора подключаются к пусковым резисторам для обеспечения контроля тока и скорости при пуске.
  • Когда двигатель запускается, частота тока, протекающего через обмотки ротора, составляет около 60 Гц.
  • При достижении полной скорости частота тока ротора падает ниже 10 Гц почти до сигнала постоянного тока.
  • Двигатель обычно запускается с полным внешним сопротивлением в цепи ротора, которое постепенно уменьшается до нуля, вручную или автоматически.
  • Это приводит к очень высокому пусковому крутящему моменту от нулевой скорости до полной скорости при относительно низком пусковом токе.
  • При нулевом внешнем сопротивлении характеристики двигателя с фазным ротором приближаются к характеристикам двигателя с короткозамкнутым ротором.
  • Если поменять местами любые два провода питания статора, направление вращения меняется на противоположное.
Двигатель с фазным ротором используется для приложений с постоянной частотой вращения, требующих более высокого пускового момента, чем в случае с короткозамкнутым ротором.При высокоинерционной нагрузке асинхронный двигатель со стандартным корпусом может повредить ротор при запуске из-за мощности, рассеиваемой ротором. В двигателе с фазным ротором вторичные резисторы могут быть выбраны так, чтобы обеспечить оптимальные кривые крутящего момента, и их размер может быть подобран, чтобы выдерживать энергию нагрузки без сбоев. Для запуска высокоинерционной нагрузки со стандартным двигателем с сепаратором потребуется пусковой ток от 400 до 550% в течение до 60 секунд. Для запуска той же машины с электродвигателем с фазным ротором (электродвигателем с фазным ротором) потребуется около 200% тока в течение примерно 20 секунд.По этой причине роторы с фазным ротором часто используются вместо типов с короткозамкнутым ротором более крупных размеров.

Двигатели с фазным ротором также используются для работы с регулируемой скоростью. Чтобы использовать двигатель с фазным ротором в качестве привода с регулируемой скоростью, резисторы управления ротором должны быть рассчитаны на постоянный ток. Если двигатель используется только для медленного ускорения или высокого пускового момента, но затем работает на максимальной скорости в течение рабочего цикла, то резисторы будут удалены из цепи, когда двигатель будет работать на номинальной скорости.

В этом случае они будут рассчитаны на рабочий цикл только для пускового режима. Скорость зависит от этой нагрузки, поэтому их не следует использовать там, где требуется постоянная скорость при каждой настройке управления, как для станков.

Основы короткозамкнутого ротора и фазного ротора.

Ротор — это вращающаяся часть любой электрической машины, например, генератор переменного тока, двигатель. В генераторе ротор служит источником вращающегося магнитного потока, а в двигателе — источником вращающей механической силы или крутящего момента.

Подключение электрического кабеля к ротору:

Поскольку он является частью электрической машины, необходимо учитывать его электрическое подключение. На самом деле не существует фиксированных правил электрического подключения к ротору. В случае генератора переменного тока ротор производит магнитный поток, поэтому он должен питаться постоянным током, этот ток подается на ротор либо через прямое соединение (щеточно-контактное кольцо), либо без щеточной индукции.
С другой стороны, в случае асинхронного двигателя переменный ток подается на ротор по принципу индуцированного тока.Но в синхронном двигателе подключение к ротору осуществляется щеткой и контактным кольцом.

Конструкция ротора:

Есть два типа конструкции ротора. 1. Ротор с короткозамкнутым ротором , 2. Ротор с фазовой обмоткой.

01. Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором.
Конструкция ротора

с короткозамкнутым ротором может быть описана следующим образом: «Ламинирование или материал сердечника двигателя укладываются в цилиндрическую форму, металлические стержни помещаются в эти пазы ламинирования перпендикулярно.Обе стороны металлических стержней закорочены концевыми кольцами. Металлические стержни перекошены или расположены под некоторым углом к ​​валу ротора ».

Ротор

с короткозамкнутым ротором популярен благодаря прочной и надежной конструкции, но поскольку его катушки (металлический стержень) закорочены вместе, нет никаких средств для добавления внешнего сопротивления. Добавление внешнего сопротивления улучшает запуск двигателя.

Этот тип ротора имеет более простую конструкцию, он представляет собой тип двигателя, очень простого, прочного и экономичного.

Изображение ниже описывает конструкцию ротора с короткозамкнутым ротором.

Базовый вид ротора с короткозамкнутым ротором.
Здесь показаны только три пластинки или материал сердечника ротора.
В эту пластину вставлены металлические прутки.
02. Конструкция и функции ротора с фазовой обмоткой

Трехфазная, двухслойная, распределенная обмотка — характеристика ротора с фазной обмоткой. Число полюсов ротора должно быть равно полюсу статора. И всегда ротор будет трехфазным, даже если статор намотан на две фазы.


Конструкция:
В роторе с фазной обмоткой, три фазы внутри соединены звездой. Другая сторона фазовой катушки выведена наружу, и к ней подается трехфазный ток с помощью контактного кольца и щетки.

Ротор с фазовой обмоткой состоит из настоящих обмоток, таких как обмотки статора, он имеет более сложную и хрупкую конструкцию (щетки скользят по ротору с возможным расположением сопротивлений для контроля фазы запуска), он требует периодического обслуживания и имеет большие габаритные размеры.

Как улучшить запуск фазного ротора путем добавления внешнего сопротивления.

Очевидно, что сложность запуска двигателей может быть решена, если перед запуском можно добавить внешнее сопротивление (таким образом, улучшив низкий крутящий момент при запуске) и удалить его, пока двигатель работает на полной скорости. Особенность ротора с фазовой обмоткой заключается в том, что внешнее сопротивление можно добавлять и снимать во время работы двигателя.

В схеме добавлено внешнее сопротивление последовательно с цепью ротора с фазной обмоткой.Удаление осуществляется с помощью контактного кольца и щеточки. Ниже два рисунка прояснят факты.

внутренняя цепь ротора с фазной обмоткой.
Внешнее сопротивление может быть добавлено при запуске и отключено, когда двигатель наберет достаточную скорость. Конструкция контактного кольца в роторе с фазовой обмоткой — добавление внешнего сопротивления в цепь ротора для создания пускового момента, а затем отключение его, когда двигатель набирает скорость.

Дополнительная литература

Трехфазный асинхронный двигатель

| электрическаялегкость.com

Трехфазный асинхронный двигатель работает от трехфазного источника переменного тока. Трехфазные асинхронные двигатели широко используются для различных промышленных применений из-за их следующих преимуществ:
  • Они имеют очень простую и прочную (почти небьющуюся) конструкцию
  • они очень надежны и имеют невысокую стоимость
  • имеют высокий КПД и хороший коэффициент мощности
  • требуется минимальное обслуживание
  • Трехфазный асинхронный двигатель самозапускается , поэтому дополнительный пусковой двигатель или какое-либо специальное пусковое устройство не требуется
У них также есть некоторые недостатки.
  • скорость уменьшается с увеличением нагрузки, как и у шунтирующего двигателя постоянного тока
  • .
  • если нужно изменять скорость, мы должны частично пожертвовать ее эффективностью

Конструкция трехфазного асинхронного двигателя

Как и любой другой двигатель, трехфазный асинхронный двигатель также состоит из статора и ротора.В основном существует два типа трехфазных электродвигателей IM — 1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и 2. Асинхронный двигатель с фазовой обмоткой (асинхронный двигатель с контактным кольцом) . Оба типа имеют одинаковую конструкцию ротора, но отличаются конструкцией ротора. Это объясняется далее
.

Статор


Статор трехфазного асинхронного двигателя (IM) состоит из нескольких штамповок, и эти штампы имеют прорези для размещения обмотки статора. Статор имеет трехфазную обмотку, питающуюся от трехфазной сети.Он наматывается на определенное количество полюсов, а количество полюсов определяется исходя из требуемой скорости. Для большей скорости используется меньшее количество полюсов и наоборот. Когда обмотки статора питаются трехфазным переменным током, они создают переменный магнитный поток, который вращается с синхронной скоростью. Синхронная скорость обратно пропорциональна количеству полюсов (Ns = 120f / P). Этот вращающийся или вращающийся магнитный поток индуцирует ток в обмотках ротора в соответствии с законом взаимной индукции Фарадея.


Ротор
Как описано ранее, ротор трехфазного асинхронного двигателя может быть двух типов: ротор с короткозамкнутым ротором и ротор с фазной обмоткой (или просто ротор с обмоткой).

Ротор с короткозамкнутым ротором

Большинство асинхронных двигателей (до 90%) имеют короткозамкнутый ротор. Ротор с короткозамкнутым ротором имеет очень простую и практически неразрушаемую конструкцию. Этот тип ротора состоит из многослойного цилиндрического сердечника с параллельными пазами на нем.Эти параллельные пазы несут проводники ротора. В роторах этого типа в качестве проводников ротора вместо проволоки используются тяжелые стержни из меди, алюминия или сплавов.
Прорези ротора немного перекошены для достижения следующих преимуществ:

1. это снижает тенденцию к блокировке ротора, то есть тенденцию зубцов ротора оставаться под зубьями статора из-за магнитного притяжения.

2. увеличивает эффективный коэффициент трансформации между статором и ротором

3. увеличивает сопротивление ротора за счет увеличения длины проводника ротора

Стержни ротора припаяны или приварены к короткозамкнутым концевым кольцам на обоих концах.Таким образом, эта конструкция ротора выглядит как беличья клетка, и поэтому мы ее называем. Стержни ротора постоянно закорочены, поэтому невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в цепь якоря.

Ротор с фазовой обмоткой


Ротор с фазной обмоткой имеет трехфазную двухслойную распределенную обмотку. Число полюсов ротора остается таким же, как и число полюсов статора. Ротор всегда намотан трехфазным, даже если статор намотан двухфазным.
Обмотка трехфазного ротора внутренне соединена звездой.Остальные три вывода обмотки выводятся через три изолированных стопорных кольца, установленных на валу, и опирающиеся на них щетки. Эти три щетки подключены к внешнему реостату, соединенному звездой. Такое расположение сделано для введения внешнего сопротивления в цепь ротора для целей запуска и для изменения характеристик скорости / момента.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *