Почему ротор называется короткозамкнутым. Асинхронный двигатель устройства и работа

Почему ротор называется короткозамкнутым. Асинхронный двигатель устройства и работа

Введение

Асинхронные электродвигатели

Фазный ротор

Способы управления асинхронным двигателем

Реостатное регулирование

Заключение

Список литературы

Введение

Трехфазный асинхронный электрический двигатель отличается от однофазного асинхронного двигателя тем, что на однофазном двигателе, точнее на его статоре, помещена однофазная обмотка, и называется главной обмоткой или же рабочей обмоткой.

Ротор однофазного двигателя по построению такой же, как и трехфазный асинхронный двигатель. Однофазные асинхронные электрические двигатели находят большое использование небольшой мощности - до 2 кВт. Однофазные асинхронные электрические двигатели мощностью до 500 Вт используют в бытовых электрических устройствах. Начальный (пусковой) вращающий момент отсутствует у электрических однофазных асинхронных двигателей. Отчего при подключении главной обмотки двигателя в сеть с одной фазой его ротор не может совершать обороты.

Для обеспечения запуска однофазного двигателя, на статоре устанавливают ещё одну обмотку - пусковую. Относительно главной обмотки она расположена под углом 90° и соединена последовательно с конденсатором или катушкой индуктивности. На момент подключения в сеть пусковой и главной обмоток образовываемые ими магнитные потоки создают вращающееся магнитное поле. Благодаря чему в роторе появляется индукционный ток. Вследствие взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора и магнитного поля, создаваемого индукционным током в роторе, ротор приходит во вращение.

На время вращения ротора, образуется скольжение, следовательно, пусковая обмотка в таком случае просто не нужна и её отключает инерционный (центробежный) выключатель или специальное реле. Трехфазный асинхронный двигатель можно использовать и в качестве однофазного. Но недостаток такого метода заключается в необходимости использования дорогостоящих конденсаторов большой емкости, поскольку на каждые 100 Вт мощности требуется конденсатор с емкостью приблизительно 10 мкФ

Асинхронные электродвигатели

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.

Асинхронная машина - это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна (в двигательном режиме меньше) частоте вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора.

В ряде стран к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. В России асинхронными машинами стали называть машины, которые являются индукционными .

Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.

Достоинства асинхронных электродвигателей:

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

Недостатки:

1.Небольшой пусковой момент.

2.Значительный пусковой ток.

Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод; все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т.п.

Обмотка статора представляет собой трёхфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120 эл. град. Фазы обмотки статора соединяют по стандартным схемам "треугольник" или "звезда" и подключают к сети трёхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения (вращения) магнитного потока обмотки возбуждения, поэтому его изготавливают шихтованным (набранным из пластин) из электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь.

По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора - из электротехнической стали и шихтованным.

Короткозамкнутый ротор. Ротор асинхронной машины типа "беличья клетка"

Короткозамкнутая обмотка ротора, часто называемая "беличья клетка" из-за внешней схожести конструкции, состоит из медных или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами. Стержни этой обмотки вставляют в пазы сердечника ротора. В машинах малой и средней мощности ротор обычно изготавливают путём заливки расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Вместе со стержнями "беличьей клетки" отливают короткозамыкающие кольца и торцевые лопасти, осуществляющие самовентиляцию самого ротора и вентиляцию машины в целом. В машинах большой мощности "беличью клетку" выполняют из медных стержней, концы которых вваривают в короткозамыкающие кольца.

асинхронный двигатель фазный ротор

Зачастую пазы ротора или статора делают скошенными для уменьшения высших гармонических ЭДС, вызванных пульсациями магнитного потока из-за наличия зубцов, магнитное сопротивление которых существенно ниже магнитного сопротивления обмотки, а также для снижения шума, вызываемого магнитными причинами. Для улучшения пусковых характеристик асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, а именно, увеличения пускового момента и уменьшения пускового тока, на роторе применяют специальную форму паза. При этом внешняя от оси вращения часть паза ротора имеет меньшее сечение чем внутренняя. Это позволяет использовать эффект вытеснения тока, за счет которого увеличивается активное сопротивление обмотки ротора при больших скольжениях (при пуске).

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют небольшой пусковой момент и значительный пусковой ток, что является существенным недостатком "беличьей клетки". Поэтому их применяют в тех электрических приводах, где не требуются большие пусковые моменты. Из достоинств следует отметить лёгкость в изготовлении, и отсутствие механического контакта со статической частью машины, что гарантирует долговечность и снижает затраты на обслуживание. При специальной конструкции ротора, когда магнитопровод "ротора" остается неподвижным, а вращается в магнитном зазоре только полый цилиндр из алюминия (беличья клетка или короткозамкнутая обмотка ротора) можно достичь малой инерционности двигателя.

Способы управления асинхронным двигателем

<#"justify">§

§

§

§

§

§

§

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.

Доливо-Добровольский первым создал двигатель с короткозамкнутым ротором и исследовал его свойства. Он выяснил, что у таких двигателей есть очень серьёзный недостаток - ограниченный пусковой момент. Доливо-Добровольский назвал причину этого недостатка - сильно закороченный ротор. Им же была предложена конструкция двигателя с фазным ротором.

На рис. приведен вид асинхронной машины с фазным ротором в разрезе: 1 - станина, 2 - обмотка статора, 3 - ротор, 4 - контактные кольца, 5 - щетки.

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. 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. На рис. приведено условное обозначение асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

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.


Фазный ротор имеет трехфазную (в общем случае - многофазную) обмотку, обычно соединённую по схеме "звезда" и выведенную на контактные кольца, вращающиеся вместе с валом машины. С помощью металлографитовых щёток, скользящих по этим кольцам, в цепь обмотки ротора:

§включают пускорегулирующий реостат, выполняющий роль добавочного активного сопротивления, одинакового для каждой фазы. Снижая пусковой ток, добиваются увеличения пускового момента до максимального значения (в первый момент времени). Такие двигатели применяются для привода механизмов, которые пускают в ход при большой нагрузке или требующих плавного регулирования скорости.

§включают индуктивности (дроссели) в каждую фазу ротора. Сопротивление дросселей зависит от частоты протекающего тока, а, как известно, в роторе в первый момент пуска частота токов скольжения наибольшая. По мере раскрутки ротора частота индуцированных токов снижается, и вместе с нею снижается сопротивление дросселя. Индуктивное сопротивление в цепи фазного ротора позволяет автоматизировать процедуру запуска двигателя, а при необходимости - "подхватить" двигатель, у которого упали обороты из-за перегрузки. Индуктивность держит токи ротора на постоянном уровне.

§включают источник постоянного тока, получая таким образом синхронную машину.

§включают питание от инвертора, что позволяет управлять оборотами и моментными характеристиками двигателя. Это особый режим работы (машина двойного питания). Возможно включение напряжения сети без инвертора, с фазировкой, противоположной той, которой запитан статор.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором

Пусковые условия асинхронного двигателя с фазной обмоткой ротора можно существенно улучшить ценой некоторого усложнения конструкции и обслуживания двигателя.

Т.к. активное сопротивление фазной обмотки ротора относительно мало, то для получения максимального начального пускового момента необходимо в цепь ротора включить пусковой реостат с сопротивлением фазы

Как только ротор начинает вращаться, уменьшается скольжение, а в месте с ним ЭДС и ток ротора, вследствие чего уменьшается вращающий момент. Чтобы двигатель продолжал развивать вращающий момент, близкий к максимальному, сопротивление пускового реостата нужно постепенно уменьшать. Наконец когда двигатель достигает номинальной частоты вращения, пусковой реостат замыкают накоротко.

Для уменьшения механических потерь и износа колец и щеток двигатели снабжаются иногда приспособлением для подъема щеток и замыкания колец накоротко.

Чем больше должен быть пусковой момент, чем ближе он к максимальному моменту, тем больше будет и пусковой ток. По этой причине лишь для особо тяжелых условий пуска реостат подбирается так, чтобы пусковой момент был равен максимальному.

Чтобы пусковой реостат в течение времени пуска не перегревался, его мощность должна примерно равняться мощности двигателя. Для двигателей большой мощности пусковые реостаты изготавливаются с масляным охлаждением.

Конечно, применение пускового реостата значительно улучшает пусковые условия асинхронного двигателя, повышая пусковой момент и уменьшая пусковой ток.

Способы управления асинхронным двигателем

Под управлением асинхронным двигателем переменного тока понимается изменение частоты вращения ротора и/или его момента. Существуют следующие способы управления асинхронным двигателем:

§реостатный - изменение частоты вращения АД с фазным ротором путём изменения сопротивления реостата в цепи ротора, кроме того это увеличивает пусковой момент;

§частотный - изменение частоты вращения АД путём изменения частоты тока в питающей сети, что влечёт за собой изменение частоты вращения поля статора. Применяется включение двигателя через частотный преобразователь <#"justify">§переключением обмоток со схемы "звезда" на схему "треугольник" в процессе пуска двигателя, что даёт снижение пусковых токов в обмотках примерно в три раза, но в то же время снижается и момент;

§импульсный - подачей напряжения питания специального вида (например, пилообразного);

§введение добавочной э. д. с с согласно или противонаправлено с частотой скольжения во вторичную цепь.

§изменением числа пар полюсов, если такое переключение предусмотрено конструктивно (только для к. з. роторов);

§изменением амплитуды питающего напряжения, когда изменяется только амплитуда (или действующее значение) управляющего напряжения. Тогда векторы напряжений управления и возбуждения остаются перпендикулярны (автотрансформаторный пуск);

§фазовое управление характерно тем, что изменение частоты вращения ротора достигается путём изменения сдвига фаз между векторами напряжений возбуждения и управления;

§амплитудно-фазовый способ включает в себя два описаных способа;

§включение в цепь питания статора реакторов;

§индуктивное сопротивление для двигателя с фазным ротором.

Реостатное регулирование

В трехфазных асинхронных двигателях с фазным ротором применяется реостатный способ регулирования частоты вращения ротора. Это достигается введением в цепь фазных обмоток ротора регулируемого трехфазного реостата, как при пуске двигателя. Но этот реостат должен быть рассчитан на длительную нагрузку током ротора, а не на кратковременную, как пусковой реостат. Увеличение активного сопротивления цепи ротора изменяет характеристику М вр (s) - делает ее более мягкой. Если при постоянном моменте на валу двигателя увеличивать активное сопротивление цепи ротора путем постепенного увеличения сопротивления реостата (r p1 p2 p3 ), то рабочая точка будет с одной кривой М вр (s) на следующую, соответствующую возросшему сопротивлению цепи ротора, соответственно чему растет скольжение, а, следовательно, уменьшается частота вращения двигателя. Этим путем можно изменять частоту вращения ротора в пределах от номинальной до полной остановки. Недостатком такого способа регулирования являются относительно большие потери энергии.

Основные неисправности асинхронного двигателя с фазным ротором

НеисправностьВозможная причинаНе развивает номинальную скорость вращения и гудитОдностороннее притяжение ротора вследствие: а) износа подшипников; б) перекоса подшипниковых щитов; в) изгиба валаПлохо развивает скорость и гудит, ток во всех трех фазах различен и даже на холостом ходу превышает номинальный1. Неправильно соединены обмотки и одна из фаз оказалась "перевернутой" 2. Оборван стержень обмотки ротораРотор не вращается или вращается медленно, двигатель гудитОборвана фаза обмотки статораВибрирует вся машина1. Нарушено центрирование соединительных полумуфт или соосность валов 2. Неуравновешены ротор, шкив и полумуфтыВибрация исчезает после отключения от сети, ток в фазах статора становится неодинаков, один из участков обмотки статора быстро нагреваетсяКороткое замыкание в обмотке статораПерегревается при номинальных перегрузках1. Витковое замыкание в обмотке статора 2. Загрязнение обмоток или вентиляционных каналовНизкое сопротивление1. Увлажнение или загрязнение обмоток 2. Старение изоляции

Заключение

Асинхронные электрические двигатели трехфазного типа с короткозамкнутым ротором широко используют в народном хозяйстве, однако такие двигатели обладают рядом недостатков: отсутствует плавное регулирование частоты вращения, большой пусковой ток и др. Но все это можно обойти, если же вместо ротора воспользоваться фазным ротором.

Подобающим образом устроен фазный ротор: трехфазная обмотка размещена в пазах ротора, (обмотка подобная обмотке статора); звездой соединены фазы обмотки ротора; начала фаз соединены с изготовленными из латуни или меди тремя контактными кольцами, которые в свою очередь укреплены на одном валу с ротором. Соответственно контактные кольца изолированы друг от друга и от вала. К контактным кольцам хорошо прижаты металло-графитные или угольные щётки, установленные на щёткодержателе, укрепленном на подшипниковом щите.

Для запуска двигателя с фазным ротором щётки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами. Эти самые реостаты дают возможность понизить пусковой ток, так как из-за них усиливается всеобщее сопротивление обмотки ротора.

Реостаты применяют для плавного регулирования частоты вращения двигателя, а также в изменении других рабочих характеристик.

Список литературы

1.Проектирование электрических машин: Учебник для вузов Книга 1. Под редакцией Копылова И.П. Москва: Энергоатомиздат 1993. - 464 с.

2.Электрические машины: Асинхронные машины: Учеб. Для электромех. спец. Вузов / Радин В.И., Брускин Д.Э., Зорохович А. Е.; Под ред. И.П. Копылов-М.: Высшая школа, 1988,-328 с.

.Кузнецов М.И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10-е, перераб. "Высшая школа"


Работа асинхронного двигателя основана на принципах физического взаимодействия магнитного поля, появляющегося в статоре, с током, который это же поле генерирует в роторной обмотке.



Напряжение от источника питания прикладывается к обмотке статора , которая намотана как три группы . Под действием этого напряжения через обмотку потечет переменный трехфазный ток, который и создаст вращающееся . В момент пересечении замкнутой обмотки ротора , это магнитное поле, в соответствии с законом об электромагнитной индукции, сгенерирует в ней электрический ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля статора и тока ротора генерирует вращающийся электромагнитный момент , который и приводит ротор в движение. Благодаря сумме этих моментов, создаваемых разными проводниками, появляется результирующий момент заставляющий вращаться ротор в том направлении, в котором находится электромагнитное поле в статоре. Ротор и магнитное поле вращаются с разными скоростями, т.е. асинхронно . У этого типа электрических двигателей скорость, с которой будет вращаться ротор, всегда будет ниже скорости, с которой вращается поле в статоре электродвигателя.

С самого начала вращения ротор может осуществить механическую работу с помощью соединенного с ним вала , который передает вращательное движение машине, насосу, вентилятору и т.п. Принцип работы асинхронного двигателя отлично рассказывается в видео, чуть ниже:

Асинхронный двигатель с фазным ротором используются в приводах, которым необходим большой пусковой момент – лифты, краны, и т.п, но при ограниченном номинале значение тока запуска.

Основные компонентами любого асинхронного двигателя являются ротор и статор, разделяемые воздушным промежутком. Другими частями необходимой составляющей, являются магнитопровод и обмотки, остальные компоненты лишь конструктивные, задача которых обеспечить требуемую жесткость, прочность, возможность вращения и стабильность двигателя

Статор – неподвижная часть электродвигателя, на внутренней стороне которого имеются обмотки. Обмотка статора - это обычно трехфазная обмотка, в которой проводники распределены достаточно равномерно по всей площади статора и уложены пофазно в специальных пазах, сделанных с угловым расстоянием 120 градусов. Статорные фазы соединяются методом «звезды» или «треугольника» - и подключены к трехфазному питанию. В процессе вращения в обмотках возбуждения, осуществляется перемагничивание магнитопровода статора, поэтому он изготавливается из отдельных пластин из специальной электротехнической стали – таким образом удается существенно снизить неизбежные магнитные потери.

На асинхронный двигатель с фазным ротором крепится ротор, на котором находятся три фазные обмотки, подключенные обычно по схеме «звезда». К медным кольцам закрепленным на валу рота и изолированных от сердечника ротора, подключены концы фазных обмоток. Благодаря этому, асинхронный двигатель с фазным ротором получил название – двигатель с контактными кольцами .

Асинхронные двигатели имеют очень простую конструкцию, их достаточно легко обслуживать в процессе эксплуатации, а главное низкую себестоимость и высокую надежность. Но у них есть и один огромный минус – они потребляют реактивную составляющую мощности . Поэтому их максимальный уровень мощности сильно зависит от мощности самой системы энергоснабжения. Ко всему прочему, из значения пускового тока втрое выше рабочего. В условиях слабой мощности питающей системы энергоснабжения, это может вызвать серьезное падение напряжение и отключение других работающих устройств. АД с фазными роторами, благодаря наличию в схеме ротора пусковых реостатов, могут запускаться с куда меньшим пусковым током.

Сопротивления, находящиеся в схеме ротора, помогают снизить уровень тока не только во время запуска, но и при торможении, реверсе и даже снижении количества оборотов. По мере того, как АД с фазным ротором набирает скорость, для поддержания нужного ускорения, сопротивления исключаются из схемы. То есть когда разгон завершается и АД выходит на нужную частоту, все резисторы цепи шунтируются, двигатель начинает работать со своей исинной механической характеристикой.

Схема запуска асинхронного двигателя с фазным ротором

При включении напряжения питания реле времени КТ1 и КТ2 срабатывают, размыкая свои контакты. После нажатия тумблера запуска SB1 срабатывает контактор КМ3 и запускается двигатель с сопротивлениями, которые добавлены в схему – в этот момент времени на контакторах КМ1 и КМ2 питание отсутствует. В момент подключения контактора КМЗ, в цепи КМ1 реле КТ1 замыкает свой фронтовой контакт через определенный промежуток времени, заданный задержкой. По истечению которого электродвигатель разгоняется, ток ротора начинает снижаться происходит подлючение контактора КМ1 – осуществляется шунтирование первой пусковой ступени сопротивлений. Ток снова увеличивается, но по мере разгона его значение начинает снижаться. Одновременно с этим отключается реле КТ2, и с выставленной задержкой происходит замыкание контакта в цепи КМ2. Происходит шунтирование второй ступени сопротивлений. Двигатель начинает работать в штатном режиме .

Благодаря ограниченному пускового тока, асинхронный двигатель с фазовым ротором можно применять и в слабых сетях.

Если сравнивать его с обычным АД с короткозамкнутым ротором, имеется два основных преимущества:

возможность запуска двигателя с уже подсоединенной к валу приличной нагрузкой – т.к с самого начала создает большой вращающий момент
ограничение по току включения дают возможность применять АД с фазовым ротором в маломощных сетях.
возможность продолжительной работы с большой перегрузкой
Небольшие изменения скорости вращения при разных нагрузках
Возможность коммутирования обычными цепями автоматики

Недостатки:

Добавочные резисторы в цепи ротора усложняют двигатель
Большие габаритные размеры
Меньший, чем у короткозамкнутых АД, показатель КПД и cosφ

На практике АД с фазным ротором идеально подходят для случаев, когда нет необходимости в использовании широкой и плавной регулировки скорости и требуется большая мощность двигателя. Для правильного подключения АД необходимо .

Это типовой маломощный электродвигатель мощностью до 1500 Вт, который используется в установках, в которых имеется небольшая нагрузка на валу в момент старта, а также в тех случаях, когда питание ЭД может быть только от однофазной сети. Обычно эти двигатели, используют в стиральных и посудомоечных машинах, небольших вентиляторах и т.п.

У типового трехфазного асинхронного двигателя имеется шесть выводов статорной обмотки – три конца и начала. Выводы могут соединяться методом треугольника или звезды. Для этого на корпусе ЭД сделана коммутационная коробка, в которую выводятся начала фаз С1, С2, С3 и их концы С4, С5, С6.

Подборка книг и инструкций связанная с теорией и практикой работы электродвигателей (ЭД), а также советы и рекомендации по их ремонту

Выбор электродвигателей к производственным механизмам - Представлены характеристики различных типов ЭД для наиболее распространенных механизмов, а также методика и расчет их выбора для обеспечения заданной производительности, надежности и экономичности.

Вентильные электродвигатели малой мощности для промышленных роботов - основы теории, конструкция и схемы вентильных ЭД постоянного тока. Дан анализ путей повышения их энергетических показателей и расширения функциональных возможностей. Подробные схемы датчиков положения ротора и частоты вращения с описанием их работы

Аварийные режимы асинхронных электродвигателей и способы их защиты -Расказывется о работе АД при отключениях и несимметрии напряжения, питании от маломощных сетей, большой неравномерности нагрузки

Ремонт электродвигателей Советы по выявлению и устранению неисправностей, организации и проведения ремонтов и испытаний ЭД различных типов

Автоматическое измерение выходных параметров электродвигателей

Для оценки свойств любого электродвигателя (ЭД) осуществляют построению механической характеристики. Механическая характеристика электродвигателя описывает определенную зависимость между электромагнитным моментом и частотой скольжения, либо вращения. Скольжение – показывает, насколько частота вращения магнитного поля обгоняет частоту вращения ротора ЭД.

Имеется интересная особенность применения асинхронного двигателя с фазным ротором в роли асинхронного преобразователя частоты (АПЧ), т.к частота тока протекающего в роторе ЭД пропорциональна частоте статорного тока, а коэффициент пропорциональности – скольжение. С помощью подобных преобразователей из типовой частоты 50 Гц можно получить 100, 200 Гц.

Часто при расчетах в электротехнике вместо асинхронного двигателя (АД), его заменяют эквивалентной схемой замещения, в которой электромагнитная связь замещена электрической. При этом параметры ротора приводятся к статорным параметрам.

Работа асинхронного электродвигателя сопровождается различными потерями. Они в конечном результате, приводят к нагреву двигателя и падению его КПД.

Регулировать скорость вращения асинхронных электродвигателей требуется, например, для: изменения потока воздуха в вентиляционной системе, регулирования производительности различных насосов, изменения скорости движущихся деталей в станках и т.п. Кроме того во многих случаях это позволяет экономить электроэнергию, снизить акустические шумы, установить нужную производительность.

Чтобы правильно подсоединить к питающей сети электродвигатель (ЭД), нужно точно знать, на какое напряжение он рассчитан, какие схемы соединения обмоток можно использовать, какие пусковые токи могут протекать в цепи. Для всего выше перечисленного нужно посмотреть паспорт на ЭД, который имеется в табличке, на корпусе ЭД. На шильдике, указаваются основные данные ЭД, в которых ко всему прочему указывается номер двигателя, его номинальная мощност, обороты, коэффициент мощности, режим работы, класс изоляции, ГОСТ, год изготовления и КПД двигателя.

Пуск асинхронных ЭД с короткозамкнутым ротором можно произвести различными методами. Все они хороши в различных ситуациях по-своему. В рамках этой лекции мы рассмотрим основные из них.

Асинхронный электродвигатель (ЭД) нашел свое широкое применение благодаря своей надежности, простоте и дешевизне. Чтобы продлить срок его эксплуатации и улучшить его параметры, необходимы дополнительный устройства, которые позволяют запускать регулировать и даже защищать двигатель. Одним из таких приборов является устройство плавного пуска ЭД.

При использовании асинхронного электродвигателя (ЭД), в роли составной части привода, часто появляется необходимость в искусственном торможении двигателя. Существует множество различных методов остановки асинхронного ЭД, разберем некоторые из них.

Надёжность электродвигателя это одно из важнейших качеств его. Обычно она связана с простотой конструкции. Чем проще конструкция, тем надёжнее движок. Эта зависимость подтверждается асинхронными электродвигателями . Они получили самое широкое распространение из всех электродвигателей именно по причине простоты устройства и надёжности. В них реализован самый простой способ получения крутящего момента на валу движка. Максимум магнитного поля статора перемещается вокруг вала, вызывая его ответную реакцию.

Причины появления фазного ротора в асинхронном двигателе

Реакция ротора вызвана током, который возникает в нём. Ведь по своей сути статор является первичной обмоткой трансформатора. А ротор – его вторичная обмотка. При неподвижном роторе величина тока в нём максимальна. Это объясняется тем, что скорость перемещения максимума магнитного поля статора относительно вала получается максимальной. Такой режим асинхронного движка аналогичен включению трансформатора с вторичной обмоткой замкнутой накоротко.

А поскольку обмотки взаимосвязаны магнитопроводом, который в асинхронном двигателе разделён на железо вращающейся части его и сердечник статора, в обмотке статора тоже получается максимум величины тока. Если мощность электросети недостаточна для того, чтобы при пуске асинхронных движков поддержать напряжение в пределах необходимого значения, применяются меры по уменьшению пускового тока этих двигателей. Это делается либо при помощи специальных схем, которые позволяют регулировать токи в обмотках статора, либо использованием асинхронных движков специальной конструкции – с фазным ротором.

Как устроен фазный ротор?

Фазный ротор содержит обмотки в виде катушек с витками. Эти катушки соединены по схеме «звезда». Конец каждой обмотки соединён с ответствующим кольцом. При подаче напряжения на статор на каждом кольце появляется напряжение. В скользящем контакте с кольцом находится щётка, которая даёт возможность подключения внешних элементов. Эти элементы являются частью схемы управления. Она получается более простой, по сравнению с теми схемами, которыми движок управляется со стороны статора. Чаще всего схема управления содержит набор резисторов.

Они подключаются по мере разгона вала. Хотя такой способ управления пуском асинхронного двигателя не самый экономичный, он наиболее часто применяется на практике в силу своей простоты и минимума коммутационных помех. Ограничение тока ротора это не только возможность плавного запуска двигателя, но и ограничение скорости вращения вала. Но тогда более рациональным решением будет использование индуктивностей вместо резисторов. Иллюстрации, показывающие особенности конструкции асинхронного движка с фазным ротором показаны далее.

При автоматическом управлении лучше всего применять реле или полупроводниковые коммутаторы, которые параллельно стартовому резистору подключают новые резисторы, постепенно уменьшая их суммарное сопротивление до нуля с шунтированием всех резисторов последним коммутатором или контактами реле. Для наиболее плавного пуска необходимо использовать реостат 1, который на схеме слева включён в электрической цепи ротора и своими ползунками 5 соединён с кольцами 2 через клеммы щёток 3. Движок начинает работать после замыкания контактов рубильника 4. При этом ползунки реостата должны быть установлены в положение «Пуск».

В этом положении сопротивлении реостата максимально. Вал движка начинает вращаться. Перемещение ползунка будет приводить к разгону вала до максимальной скорости, которая появится при нулевом значении сопротивлении реостата. Однако есть ещё одно следствие такой регулировки двигателя с фазным ротором. Меняется связь крутящего момента и скольжения. Этот эффект показан на графике ниже. При определённой величине сопротивления в цепи ротора максимум крутящего момента смещается в сторону более высоких оборотов движка, как на кривой 2. Кривая 1 соответствует нулевому значению сопротивления в цепи фазного ротора.

При нулевом сопротивлении кольца, по сути, замкнуты накоротко. Щётки и кольца из-за трения изнашиваются. А поскольку после завершения разгона вала этот узел фактически не используется его целесообразно исключить из процесса работы. По этой причине асинхронный двигатель с фазным ротором предусматривает специальный механизм. Он отодвигает щётки от колец и одновременно замыкает последние накоротко. В результате кольца и щётки работают намного дольше по сравнению с тем вариантом, который предусматривает их непрерывный контакт.

Простота и надёжность асинхронных двигателей основана на конструкции ротора. Но именно это обстоятельство и создаёт проблемы с их эксплуатацией. Большие пусковые токи в некоторых случаях неприемлемы настолько, что оправдывается более сложная и дорогостоящая намоточная конструкция ротора с кольцами и щётками. Тогда и применяют асинхронный двигатель с фазным ротором. Но более сложная конструкция и цена их в сравнении с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором оправдывается также и тем, что они позволяют получить величину крутящего момента в рабочем режиме при меньших габаритах и массе. Поэтому эти особенности делают асинхронные двигатели с фазным ротором в ряде случаев наиболее предпочтительными.

Я описывал. Есть еще способ снижения пускового тока — асинхронный двигатель с фазным ротором. Преимущества такого способа весьма ощутимы:

  1. пусковой момент почти не снижается;
  2. довольно плавная регулировка скорости вращения ротора;
  3. возможность торможения противотоком (изменение вращения ротора в противоположную сторону — реверс) без последствий для статора;
  4. возможность динамического торможения (об этом читайте ниже).

Из минусов я бы назвал громоздкость электрооборудования и повышенная сложность обслуживания. Схема асинхронного двигателя с фазным ротором значительно сложнее схемы асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Асинхронный двигатель с фазным ротором широко применяется в грузоподъемной технике (мостовые, козловые, башенные краны).
Обмотки фазного ротора соединены в звезду, и через токосъемные кольца с к обмоткам подключаются сопротивления номиналом ниже 1 Ом (десятые и сотые доли). Так как в фазном роторе наводится ток, превосходящий статорный, сопротивления очень большого сечения. Сделанные из нихрома, они собираются секциями в ящике, размером больше самого двигателя. Подключается от 3 до 5 ступеней разгона двигателя.
При пуске работает вся батарея сопротивлений. Постепенно закорачивая части сопротивлений силовыми контактами пускателей, командоконтроллеров или контакторов, повышают скорость вращения ротора. В схемах асинхронного двигателя с фазным ротором я преднамеренно исключил многие элементы управления, чтобы не отвлекали от описания работы фазного ротора и сопротивлений.

На легких мостовых кранах сопротивления переключаются непосредственно силовыми контактами командоконтроллера (Рис.1). Сначала включаются в работу все сопротивления, двигатель работает на малой скорости, затем закорачивается верхняя часть сопротивлений, и поэтапно выводится из работы вся батарея, обеспечивая максимальную скорость вращения ротора. Крановщик может включить самую высокую скорость, мгновенно проходя все ступени разгона.
На башенном кране такая вольность чревата. Плавность разгона там регулирует реле времени .
Помню, на башенном кране сгорела катушка реле, а начальство требует срочно разгрузить машины на стройке. Пришлось идти на преступление — закорачивать контакты реле времени. Жуткое зрелище, скажу вам, когда под тяжелым грузом дергало и раскачивало башню крана!



Разберем примерную схему асинхронного двигателя с фазным ротором (Рис.2). Не обращая внимания на статорные цепи, вкратце разберем работу фазного ротора.
В нейтральном положении контроллера включено реле времени РУ1, остальные катушки обесточены.
На первой ступени пуска контактом контроллера включается контактор подъема или спуска (КМП или КМС), ротор вращается на минимальных оборотах при полном сопротивлении. Замыкается цепь реле РУ2. С задержкой времени включается РУ2, обеспечивая цепь включения контактора КУ1.
На второй ступени пуска следующим контактом контроллера включается контактор КУ1, контакты которого выводят часть сопротивлений из работы. Скорость вращения увеличивается. В это время вспомогательный контакт включенного контактора КУ1 разрывает цепь реле времени РУ1. Нормально замкнутый контакт реле РУ1 возвращается с задержкой в исходное положение — цепь катушки КУ2 готова к работе.
Третья ступень контроллера включает контактор КУ2, и выходит из работы еще одна часть сопротивлений. Вспомогательный контакт КУ2 отключает катушку реле времени РУ2, нормально разомкнутый контакт РУ2 без помощи контроллера с задержкой включает катушку контактора КУ3. Все сопротивления закорочены, двигатель работает на максимальных оборотах.
Режим динамического торможения асинхронного двигателя основан на совместной работе фазного ротора, блока сопротивлений и трехфазного выпрямителя. Разберем саму суть динамического торможения с самовозбуждением. Если разбираться основательно во всех схемах режима, понадобится целая заумная статья, что для начинающего электрика будет сложновато.
Торможение асинхронного двигателя с фазным ротором можно осуществить подачей на статор постоянного тока. Если постоянный ток получить через выпрямитель из питающей линии и подать на статор, получится динамическое торможение с подпиткой. Режим с самовозбуждением не использует внешнюю подпитку.
Известно, что при снятии напряжения со статора в «железе» остается остаточное магнитное поле. Это явление и используется в нашей простенькой схеме (Рис.3).

Ротор, вращаясь в остаточном магнитном поле, вырабатывает трехфазный переменный ток, который выпрямляется трехфазным диодным мостом. Полученное таким образом постоянное напряжение через контакты контактора КД подается на обмотки статора.
Динамическое торможение эффективно применяется на башенных кранах в режиме опускания груза. Двигатель в этом режиме расторможен, и груз раскручивает лебедку. Ротор вырабатывает переменный ток, который, выпрямляясь диодным мостом, притормаживает двигатель. Если груз ускоряется, ток увеличивается, создавая большее торможение. Груз приостанавливается, ток уменьшается, торможение ослабевает. Получается что-то вроде отрицательной обратной связи (знаете электронику?). Плавность посадки груза самого высокого уровня. Единственное, что плохо, — груз должен быть не легким. Легкий груз может не разогнать лебедку.



top