Асинхронный двигатель 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.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Применение асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Рис. 1. Асинхронный электродвигатель с фазным ротором Асинхронные электродвигатели с фазным ротором (рис. 1) характеризуются лучшими пусковыми и регулировочными свойствами. Основными компонентами любых электродвигателей являются статор и ротор. В качестве статора используется шихтованный магнитопровод, запрессованный в станину (рис. 2). Три катушки, оси которых расположены под углом 120 градусов друг к другу, уложены в пазах магнитопровода. В зависимости от используемого напряжения, фазы обмоток соединяются по одной из известных в электротехнике схем: «треугольник» или «звезда».

Ротор имеет вид цилиндра. Он собран из специальных листов, изготовленных из электротехнической стали, расположенных на валу. Обмотка ротора тоже трехфазная. При этом в ней содержится такое же количество пар полюсов, что и в обмотке статора. Концы фазных катушек соединяются с контактными кольцами, которые закреплены также на валу. Выход во внешнюю цепь осуществляется с помощью специальных металлографитовых щеток.

Электродвигатели с фазным ротором характеризуются следующими особенностями, выгодно отличающими их от двигателей с короткозамкнутым ротором:

• большим начальным вращающим моментом;
• возможностью кратковременно перегружать механически;
• практически постоянной скоростью вращения при возможных перегрузках;
• меньшим пусковым током;
• возможностью применять автоматические пусковые устройства.

Каталог асинхронных электродвигателей богат и разнообразен, так как они находят применение во многих отраслях народного хозяйства. Такие электродвигатели отличаются как своими характеристиками, так и назначением. Так, если рассматривать условия их работы, то двигатели бывают открытого, защищенного, закрытого и взрывоопасного исполнения. Если за основу брать способ охлаждения, то их можно поделить на 4 группы:

• естественного воздушного охлаждения;
• с внутренней самовентиляцией;
• с наружной самовентиляцией;
• независимого охлаждения.

По рабочему положению, двигатели бывают горизонтального и вертикального исполнения.

Двигатели снабжаются техническим паспортом, который содержит основные характеристики асинхронных электродвигателей. Рассмотрим расшифровку этих данных на примере двигателя типа 4А10082УЗ, относящегося к асинхронным двигателям серии 4А. Из маркировки следует, что высота оси вращения равна 100 мм, корпус короткий; является двухполюсным, климатическое исполнение — У, категория — 3. Кроме того, принято указывать количество фаз и частоту переменного тока, а также номинальную мощность и коэффициент мощности двигателя (cos φ).

Асинхронные двигатели широко применяются в различных сферах: металлургии, экструдерах, машинах для литья, печатных и упаковочных оборудованиях, в станках с ЧПУ, в пищевой и текстильной промышленности и так далее.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту zakaz@cable.ru с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.

Принцип действия и особенности асинхронного двигателя с фазным ротором

Асинхронные двигатели с фазным ротором могут работать при больших пусковых и рабочих перегрузках и позволяют регулировать обороты. Агрегаты чаще устанавливаются на крановых и грузоподъемных механизмах.

1. Устройства электродвигателей с фазным ротором
2. Принцип действия электромоторов
3. Достоинства и недостатки агрегатов
4. Особенности пуска

Устройство электродвигателей с фазным ротором

Трехфазная обмотка такого ротора похожа на обмотку статора. Концы обмоток соединяются способом «звезда» и подводятся к контактным кольцам. Электромагнитные щетки вращаются по контактным кольцам и соединяются с резисторами. Благодаря резистору , можно регулировать сопротивление в цепи, тем самым изменяя скорость вращения ротора , а также предупреждать появление больших пусковых токов.

Трехфазный агрегат состоит из статора и ротора. Статор является фиксированной частью, а ротор — вращающейся . Между указанными элементами имеется технологический зазор.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором устроены сложнее, чем моторы с короткозамкнутым ротором . Однако пусковые и регулировочные свойства фазного ротора гораздо выше.

Принцип действия электромоторов

Работа агрегатов состоит из нескольких этапов:

1. На статор подается напряжение от трехфазной сети переменного тока.
2. Образуется магнитное поле, которое вращает ротор.
3. Ротор разгоняется, скорость его оборотов растет.
4. Линии полей статора и ротора пересекаются, формируется электродвижущая сила. Она создает ток в обмотке ротора.
5. Активное взаимодействие магнитного поля статора и ротора поддерживает вращательный момент вала.
6. Реостат регулирует скорость вращения.

Затем управление агрегатом происходит в штатном режиме. Отличие принципа действия асинхронного устройства с фазным ротором от короткозамкнутого варианта заключается в наличии у первого полноценной трехфазной обмотки как на статоре, так и на роторе.

Роторные обмоточные выводы соединяются с кольцами, которые изолированы между собой и в точках контактов с валом мотора. Каждая из трех фаз ротора имеет отдельную обмотку: они сцеплены по принципу «звезда».

К роторной обмотке подключается реостат управления, который скреплен со щетками и кольцами.

Конструкция асинхронного двигателя с фазным ротором достаточно сложна. Однако данный агрегат предоставляет больше возможностей регулировать рабочий момент на валу, чем двигатель с короткозамкнутым ротором. Последние тоже могут регулировать обороты, но уже с помощью частотных преобразователей или специальных регуляторов оборотов.

Количество катушек и полюсов в статоре и роторе должно быть одинаковым. Это обязательно учитывается при создании статорной обмотки. Между собой катушки статора сдвигаются на определенное число градусов.

Для изменения характеристик двигателя необходимо регулировать ток в роторных обмотках. Таким образом, можно контролировать размер скольжения и рабочий момент мотора.

Для снижения износа колец и щеток при полном выведении реостата их следует замкнуть с помощью специального устройства.

Достоинства и недостатки агрегатов

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором обладает рядом преимуществ, а именно:

• высокими показателями стартового крутящего момента;
• устойчивостью к перегрузкам;
• низкими параметрами пускового тока;
• длительным межсервисным интервалом;
• высокой ремонтопригодностью.

Однако у конструкций есть и недостатки. К ним можно отнести высокую стоимость и большие габариты агрегатов. Последние усложняют процесс установки, эксплуатации и ремонта. Кроме того, асинхронные моторы с фазными роторами имеют более низкий КПД по сравнению с такими же по мощности силовыми приборами с короткозамкнутыми роторами и частотно-регулируемыми приводами.

Особенности пуска фазного ротора

В первые секунды, после запуска электродвигателя с фазным ротором, мотор активно использует энергоресурсы для разгона до номинальных значений ротора, преодолевая при этом сопротивление, прикладываемое на рабочий вал двигателя. При каждом пуске выделяется большой количество тепловой энергии, которая может привести к перегреву внутренних частей конструкции. Чтобы решить проблему перегрева , количество пусков двигателя и время его эксплуатации ограничивается конкретным значением.

Асинхронный двигатель с фазным ротором, который запитан от электросети недостаточной мощности , может спровоцировать потерю общего напряжения и поломку подключенного к той же линии оборудования. Для снижения токовых показателей в цепь агрегата добавляют пусковые резисторы.

Асинхронные двигатели с фазным ротором используются для снижения пускового тока и увеличения пускового момента, а также для регулирования скорости в небольших пределах.

Новое

ПРИВОДНЫЕ СИСТЕМЫ, РАЗРАБОТАННЫЕ HELMKEHELMKE является признанным во всем мире специалистом по обеспечению комплексными приводными системами. Преобразователи, разработанные HELMKE, проектируются и изготавливаются для выполнения конкретных задач заказчиков и специфических отраслевых задач. [ [подробнее] ]

АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ HELMKE – СОЗДАНО НАВЕКА

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором используются во многих приводах высокой мощности. Наиболее часто их применяют в сырьевой промышленности, например, при добыче руды и минералов или на производствах связующих веществ, таких как цемент, известняк и гипс, в различного рода дробильных установках, роликовых прессах и прокатных станах, а также в крупногабаритных вентиляторах, насосах и конвейерах.

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором используются во многих приводах высокой мощности. Наиболее часто их применяют в сырьевой промышленности, например, при добыче руды и минералов или на производствах связующих веществ, таких как цемент, известняк и гипс, в различного рода дробильных установках, роликовых прессах и прокатных станах, а также в крупногабаритных вентиляторах, насосах и конвейерах.

К сожалению, наиболее прочные и наиболее экономичные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели обладают свойством, из-за которого их пуск непосредственно от сети затруднен, а в некоторых случаях невозможен. Так, в состоянии покоя и на небольших оборотах в момент пуска они создают лишь малый крутящий момент, хотя при этом требуют очень сильный ток, превышающий номинальный ток электродвигателя в несколько раз. Поэтому работающая от привода машина, технологический процесс и сеть до привода ограничивают применение данного простейшего концепта привода.

Например, для работы загруженного прокатного стана нужен очень большой крутящий момент при пуске или же особый пусковой момент трогания величиной, вероятно, намного превышающей номинальный крутящий момент используемого электродвигателя. Большая инерция загруженного стана приводит к продолжительному периоду выхода на рабочий режим, поэтому нужный высокий крутящий момент необходим в течение продолжительного времени даже при малых оборотах. Если по требованиям технологического процесса пуск выполняется несколько раз в день, то тепловая нагрузка на элементы привода в этом случае довольно высокая, что может ограничивать число пусков.

В случае высокого отношения номинальной мощности электродвигателя к нагрузочной способности сети до электродвигателя большая перегрузка по току при пуске приводит к существенной просадке напряжения, что может вызвать перебои в работе параллельных потребителей. Это и есть случай установки одиночных электродвигателей большой мощности относительно общей мощности сети.

Конструкция асинхронного электродвигателя с фазным ротором при использовании компактного пускового устройства позволяет достичь пусковой момент соизмеримый с максимальным моментом двигателя, что в частности может достигать двух- а то и трехкратному номинальному моменту, при этом пусковой ток соответствует номинальному току двигателя, либо незначительно его больше.

В таких случаях использование асинхронных электродвигателей с фазным ротором является более рациональным. В отличие от частотно-регулируемых приводов, когда для больших пусковых моментов необходимо использовать преобразователи, мощностью большей номинальной, что в номинальном режиме повышает потери, пусковой момент асинхронного двигателя с фазным ротором зависит от его физических свойств, а пусковой реостат работает только в процессе разгона. При изменении пусковой характеристики с помощью изменения внешнего сопротивления роторной цепи возникают лишь незначительно большие потери в двигателе, таким образом количество допустимых пусков не ограничивается нагревостойкостью самого двигателя.

Общая характеристика:

• Очень высокий пусковой крутящий момент, превышающий номинальный в два-три раза
• Низкий пусковой ток, не превышающий или незначительно превышающий номинальный ток
• Ограниченное только пускателем время выхода на рабочий режим и число пусков
• Отсутствующие или крайне низкие пульсации крутящего момента на пуске в зависимости от типа пускателя
• Высокий КПД в режиме непрерывной работы (нет потерь дополнительных устройств)
• Не требуются особые условия окружающей среды
• Нет нелинейных искажений
• Не требуются меры по защите от электромагнитных помех, не требуется экранированный соединительный кабель