Трехфазный мотор с фазным ротором

Недочетом асинхронного мотора с короткозамкнутым ротором является большой пусковой ток, который превыша­ет номинальный ток в 5-7 раз.

Желая сделать лучше пусковые свойства асинхронно­го мотора, М. О. Доливо-Добровольский разработал двига­тель с фазным ротором.

Асинхронный мотор с фазным ротором имеет обыч­ный для асинхронных движков статор с трехфазной сете­вой обмоткой, но на поверхности ротора также находится трехфазная обмотка. Три фазные обмотки ротора соединя­ются на самом роторе звездой, а свободные их концы соеди­няются с 3-мя изолированными друг от друга контактными кольцами, укрепленными на валу машины и изолированны­ми от него (рис. 8.6). Потому асинхронный мотор с фаз­ным ротором именуют также асинхронным движком с контактными кольцами.

Контактные кольца соприкасаются со щетками, установ­ленными в недвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки обмотка ротора замыкается на пусковой трехфазный реостат, который изменяет активное сопротивление обмотки ротора в момент запуска. Обмотка статора такового мотора врубается конкретно в трехфазную сеть (рис. 8.7).

Эта система применяется или для запуска (для уменьше­ния пускового тока при одновременном сохранении враща­ющего момента), или для регулирования скорости враще­ния ротора мотора. После разгона ротора пусковой рео­стат выключается, и обмотка закорачивается при помощи спе­циального центробежного автоматического замыкателя. Для уменьшения утрат на трение в некоторых движках с фаз­ным ротором имеются приспособления для отвода щеток от контактных колец после их замыкания.

Одним из важных плюсов асинхронного двигате­ля с фазным ротором будет то, что в момент запуска созда­ется большой крутящий момент при существенно наименьших, чем у короткозамкнутых движков, пусковых токах. Объяс­няется это тем, что асинхронный мотор при пуске разви­вает наибольший крутящий момент тогда, когда актив­ное сопротивление ротора будет равно индуктивному сопро­тивлению мотора. А так как у движков с фазным рото­ром активное сопротивление ротора можно изменять с помо­щью пускового реостата, то и пусковые свойства их существенно лучше, чем у движков с короткозамкнутым ротором.

Запуск асинхронного мотора с фазным ротором произ­водится следующим образом. Пусковой реостат устанавли­вается на холостую клемму (цепь ротора разомкнута), а на статор подается сетевое напряжение. Потом врубается пус­ковой реостат, и его сопротивление равномерно уменьшают и делают равным нулю, когда мотор приобретет номиналь­ную скорость. Пусковой ток мотора с фазным ротором превосходит номинальный всего в 1,5-2 раза. Не считая того, вклю­чение в цепь ротора пускового реостата существенно увели­чивает крутящий момент.

Суть процесса регулирования скорости асинхронно­го мотора с фазным ротором с помощью регулировочно­го реостата сводится к следующему. Ротор мотора обла­дает определенной инерцией, и потому сходу после введения

реостата его скорость и индуцируемая в роторе ЭДС Е2 в

исходный момент остаются постоянными. Повышение со­противления пускового реостата в цепи ротора вызывает

уменьшение тока ротора 12, что приводит к уменьшению вра­щающего момента (см. формулу (8.3)). Вследствие этого ско­рость вращения ротора п2 начнет уменьшаться. Уменыпе­ние скорости п2 аналогично повышению скольжениям, вслед­ствие чего индуцируемая в роторе ЭДС Е2, пропорциональ­ная s, также начнет расти, вызывая повышение тока ротора I2. Рост тока I2 и уменьшение скорости вращения ротора п2

будет длиться до того времени, пока ток I2 не достигнет сво­его прежнего значения. В данном случае крутящий момент опять станет равным статическому, и мотор начнет вра­щаться с неизменной скоростью, величина которой будет уже несколько меньше, чем до введения реостата. Регулировка скорости асинхронного мотора с фазным ротором может осуществляться исключительно в сторону уменьшения оборотов.

Механизм работы АД (асинхронного мотора) с фазным ротором

Асинхронный мотор (АД) с фазным ротором представляет собой функциональную силовую установку, которая поддерживает регулировку при помощи внесения в роторную цепь дополнительных сопротивлений. От традиционных моделей с короткозамкнутым ротором агрегат отличается более высочайшим пусковым моментом и низким пусковым током. Систематизация устройств осуществляется с учетом их параметров и конструкции.

Общая информация

Дабы осознать, как работает асинхронный мотор с фазным ротором, нужно пристально изучить особенности его запуска. При запуске установки ее ротор параллельно перебегает из состояния покоя в неспешное и равномерное вращение. При всем этом система уравновешивает момент сил сопротивления средством собственного вала.

Во время пуска начинается усиленное потребление энергетических ресурсов, что связано с преодолением тормозного момента и компенсацией утрат снутри силовой установки. Часто характеристики исходного пускового момента далеки от требуемых, потому асинхронный мотор не способен перейти в режим настоящей работы. В таком случае ускорение приостанавливается, а неизменное воздействие лишнего тока приводит к перегреву внутренних узлов установки.

По этой причине частота запусков мотора ограничивается несколькими включениями. Если агрегат работал от электрической сети с низкой мощностью, тогда схожее явление может понизить общее напряжение и нарушить работу других устройств, присоединенных к этой полосы.

Наличие в роторной цепи пусковых резисторов понижает характеристики электрического тока, но при всем этом поднимает исходный пусковой момент, пока он не достигнет пиковой отметки. Пуск силовой установки бывает легким, обычным либо томным.

Зависимо от этого фактора можно найти рациональные характеристики сопротивления резисторов.

После удачного пуска остается поддерживать размеренный крутящий момент на шаге разгона ротора, что уменьшит длительность перехода из размеренного состояния в стадию вращения и понизит возможность нагрева. Для этого нужно уменьшить характеристики сопротивления резисторов.

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

Технические свойства

Есть установленные требования, гарантирующие доброкачественную работу асинхронных движков с фазным ротором. От них зависят базисные характеристики и свойства системы, включая:

1. Размеры и мощность установки, надлежащие техническому регламенту.
2. Защиту от наружных воздействий. Ее степень определяется окружающими критериями, в каких будет размещена машина. Дело в том, что одни установки предназначаются для работы снутри помещения, в то время как другие в состоянии работать и на улице. К тому же доступные на рынке агрегаты отличаются климатическими особенностями. К примеру, есть движки, которые выдерживают экстремальный холод либо, напротив, сильную жару. Зависимо от критерий применения они владеют соответствующим исполнением и защитой.
3. Степень изоляции. Асинхронные движки с фазным ротором должны быть устойчивыми к высочайшим температурным показателям и вероятным нагревам внутренних устройств. Для предотвращения воспламенений их защищают особыми изоляционными слоями.
4. Соответствие установленным эталонам и режимам функционирования.
5. Наличие сильной охладительной системы, которая соответствует рабочему режиму мотора.
6. Уровень шума во время пуска на холостом ходу. Он соответствует второму классу либо ниже.

Устройство и конструкция

Желая приобрести асинхронный электродвигатель с фазным ротором, нужно отлично разбираться в его устройстве и конструкционных особенностях. Прежде всего необходимо знать, что к главным частям установки относятся статор, который является недвижным, и ротор — крутящийся механизм снутри статора. Между обоими элементами размещен зазор, а их поверхность покрыта специальной обмоткой.

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

Что касается корпуса статора, то в качестве него применяется корпус мотора, снутри которого размещен 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 пластинок. Последний элемент создается на базе сверхтехнологичной стали и обладает симметричными пазами с проводниками. При работе вал ротора передает вращающий момент к приводу установки. Зависимо от типа ротора выделяют две разновидности движков:

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

В первом типе роторов находятся дюралевые стержни, которые находятся снутри сердечника и замкнуты на торцах кольцами. Их также именуют «беличьим колесом». Обычно пазы установки обрабатываются алюминием, что увеличивает их крепкость.

Фазный ротор асинхронного мотора значительно отличается от предшествующей разновидности. Число катушек, установленных под определенным углом, в таких моделях определяется количеством парных полюсов. При всем этом пары полюсов в роторе такового типа всегда сравнимы с подобными статорными парами.

Механизм работы

Исследовав устройство АД с фазным ротором и его пуск, можно приступать к более подробному рассмотрению работы таковой установки. Её можно поделить на несколько пт:

1. На статор с тройной обмоткой подается трехфазное напряжение от электрической сети с переменным током.
2. Потом начинается образование магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. По мере ускорения вращательных движений скорость оборотов ротора значительно вырастает.
3. По достижении определенных характеристик отдельные полосы полей обоих узлов пересекаются, что вызывает возникновение электродвижущей силы. Она повлияет 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 вращающий момент. Конкретно за счет него и осуществляется работа асинхронного мотора.

Плюсы и минусы

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

1. Высочайшие значения при исходном крутящем моменте.
2. Способность принимать любые механические перегрузки без существенного конфигурации КПД либо нарушения размеренной работы установки. Даже если в системе появляются различные перегрузки, агрегат продолжает работать с данной скоростью и фактически не отклоняется от базисного режима.
3. Сниженный пусковой ток. В отличие от других асинхронных моделей, к примеру, с короткозамкнутым ротором, у этих движков сравнимо низкие характеристики пускового тока.
4. Возможность полной автоматизации работы.
5. Простота конструкции.
6. Обычная схема пуска.
7. Сравнимо низкая стоимость.
8. Отсутствие необходимости накладного и трудозатратного обслуживания.

Не считая огромного количества плюсов у движков этого типа имеются и недочеты. К главным минусам относят достаточно большие габариты, из-за которых установка и предстоящая эксплуатация системы усложняются, также сниженный КПД по сопоставлению со многими аналогами.

По последнему показателю устройства с короткозамкнутым ротором более продуктивные.

Сферы использования

В текущее время многие промышленные движки являются асинхронными. Их популярность обоснована перечисленными выше плюсами и доступностью. Сферы использования таких агрегатов очень необъятные, потому их интенсивно применяют для работы автоматических устройств из телемеханической сферы, бытового и мед оборудования и звукозаписывающих установок. Асинхронный мотор — это полезное изобретение сегодняшнего времени, которое упрощает жизнь человека и обеспечивает неплохой КПД при малых издержек электроэнергии.

Асинхронный мотор

Посреди устройств, модифицирующих электрическую энергию в механическую, бесспорным фаворитом является трехфазный асинхронный мотор – обычной и надежный в эксплуатации агрегат. Благодаря своим качествам, он получил обширное использование в индустрии и других областях, где применяются механизмы. Название мотора связано с главным принципом его работы. У этих устройств магнитное поле статора крутится с частотой, превосходящей частоту вращения ротора. Работа агрегата осуществляется от сети переменного тока.

Где используются

Асинхронные движки интенсивно применяются в почти всех отраслях индустрии и сельского хозяйства. Они потребляют приблизительно 70% всей энергии, созданной для преобразования электричества во вращательное либо поступательное движение. Асинхронные движки зарекомендовали себя более действенными в качестве электрической тяги, без которой не обходятся многие технологические операции.

Асинхронные движки владеют обилием положительных свойств. Обычная конструкция позволяет изготавливать более дешевенькие и надежные устройства. Малые расходы по эксплуатации обеспечиваются отсутствием скользящего узла токосъема, что сразу увеличивает и надежность агрегата.

Данный тип электродвигателей может быть трехфазным либо однофазовым, зависимо от количества питающих фаз. В случае необходимости и при соблюдении определенных критерий, трехфазный агрегат может питаться и работать от однофазовой сети. Эти устройства используются не только лишь в индустрии, но и в бытовых критериях, также на садовых участках либо домашних мастерских. Однофазовые движки обеспечивают работу и вращение вентиляторов, стиральных машин, маленьких станков, водяных насосов и электроинструмента.

Для обычного деяния асинхронного агрегата нужно выбирать более рациональную схему управления. Трехфазный мотор будет работать в однофазовом режиме при условии правильного расчета конденсаторов, выбора типа и сечения проводов, аппаратуры защиты и управления.

Схема реверса трехфазного мотора

Устройство асинхронного мотора

Понятие асинхронный значит не совпадающий по времени, неодновременный. В связи с этим, ротор такового мотора крутится с частотой, наименьшей чем частота вращения электромагнитного поля статора.

Схожее отставание именуется скольжением и обозначается эмблемой S в формуле, используемой для расчетов:

• S = (n1 – n2)/n1 – 100%, где n1 является синхронной частотой магнитного поля статора, а n2 – частотой вращения вала.

Конструктивно, стандартный асинхронный электродвигатель содержит в себе следующие элементы и детали:

• Статор с обмотками. Эту функцию также может делать станина, снутри которой помещается статор с обмотками.
• Короткозамкнутый ротор. Если применяется фазный – он может называться якорем либо коллектором.
• Подшипники разного типа – качения либо скольжения. На движках завышенной мощности в фронтальной части установлены крышки для подшипников с уплотнениями.
• Железный либо пластмассовый охлаждающий вентилятор, помещенный в кожух с прорезями для подачи воздуха.
• Подключение кабелей осуществляется при помощи клеммной коробки.

Данные конструктивные элементы могут некординально изменяться, зависимо от модификации электродвигателя.

Как ранее говорилось, асинхронные движки бывают трехфазными либо однофазовыми. 1-ый вариант, в свою очередь, выпускается с короткозамкнутым либо фазным ротором. Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, потому их следует разглядеть более тщательно.

Статор обладает круглой формой и собирается из особых железных листов, изолированных между собой. В итоге, конструктивно появляется сердечник с пазами, в которые укладываются обмотки. Для этих целей применяется обмоточный медный провод, изолированный лаком. В массивных агрегатах обмотки делаются в виде шины. При укладке они сдвигаются между собой на 120 градусов. Соединение осуществляется по схеме звезды либо треугольника.

Конструкция самого короткозамкнутого ротора делается в виде вала с насажеными на него железными листами. Этот набор листов образует сердечник с пазами, заливаемые расплавленным алюминием. Умеренно растекаясь по пазам, алюминий образует стержни, края которых замыкают дюралевые кольца.

Подключение трехфазного мотора к трехфазной сети

Фазный ротор состоит из вала с сердечником и 3-х обмоток. С 1-го конца они соединяются звездой, а с другого – соединяются с токосъемными кольцами, на которые при помощи щеток подается электрический ток. Во время пуска появляется большой пусковой ток асинхронного мотора. Его можно уменьшить методом прибавления к фазным обмоткам нагрузочного реостата.

Механизм работы

Устройство и конструктивные особенности асинхронного мотора определяют и принцип деяния данного агрегата. Когда на обмотку статора подается напряжение, в ней появляется магнитное поле. Такая подача напряжения приводит к изменениям магнитного потока и всего магнитного поля статора. Модифицированные магнитные потоки поступают к ротору, приводят его в действие, после этого он начинает крутиться. Для того дабы статор и ротор работали асинхронно, нужна, дабы значения напряжения и магнитного потока были равны переменному току, применяемому в качестве источника питания.

Сам мотор работает следующим образом:

• Крутящееся магнитное поле повлияет на короткозамкнутую обмотку, специально адаптированную для вращения.
• Поле пересекает проводники роторной обмотки, индуктируя в них электродвижущую силу.
• Под воздействием силы в проводниках ротора начнется течение электрического тока, взаимодействующего с вращающимся магнитным полем. Это приводит к возникновению электромагнитных сил, воздействующих на обмотку ротора.
• В сумме, деяния приложенных сил вызывают возникновение крутящего момента, приводящего во вращение ротор в направлении магнитного поля.

Величина индуктированной ЭДС находится в зависимости от частоты скрещения проводников вращающимся магнитным полем. Другими словами, чем выше разница между n1 и n2, тем больше будет величина ЭДС. Ротор будет крутиться с частотой n2, которая всегда будет отставать от синхронной частоты поля статора n1. Эта разница между обеими частотами и будет частотой скольжения ∆n= n1- n2. Данное неравенство является нужным условием возникновения электромагнитного вращающегося момента в асинхронном движке. Потому агрегат так и именуется, так как вращение ротора происходит несинхронно с полем статора.

Схема подключения электродвигателей

Что такое скольжение

Понятие скольжения представляет собой отношение частоты вращения к частоте поля. Эта величина S берется в процентном отношении от частоты вращения магнитного поля. В согласовании с формулой, рассмотренной ранее, частота вращения ротора, определяемая при помощи скольжения составит: n2 = n1 x (1 – S).

Ротор асинхронного мотора крутится в том же направлении, что и его магнитное поле. В свою очередь, направление вращения поля находится в зависимости от последовательности фаз трехфазной сети. Поменять направление вращения ротора может быть за счет конфигурации направления вращения поля, создаваемого статором. В данном случае меняется порядок поступления импульсов тока к отдельным обмоткам. В случае необходимости может быть задано вращение по часовой либо против часовой стрелки.

Принципиальным моментом считается запуск асинхронного мотора, при котором происходит скрещение обмотки ротора вращающимся магнитным полем. В итоге, индуктируется большая ЭДС, создающая высочайший пусковой ток. Схожее состояние компенсируется специальной нагрузкой, снижающей скорость вращения ротора.

Видео: Короткозамкнутый и фазный ротор