Что такое двигатель с фазным ротором
Фазный ротор электродвигателя
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
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:
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:
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.
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:
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.
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:
Внутренняя поломка может возникнуть по механическим и электрическим причинам.
Механические причины ремонта:
Электрические причины ремонта:
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.
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.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Особенности асинхронного двигателя с фазным ротором
Современный асинхронный двигатель с фазным ротором – это многофункциональная силовая электроустановка, регулировка работы которой осуществляется с помощью включенных в роторную цепь резисторов. В отличии от распространённых сейчас короткозамкнутых двигателей, моторы такого типа характеризуются повышенным пусковым моментом и более низкими стартовыми токами. Также они отличаются стойкостью к механическим перегрузкам без значительного уменьшения КПД.
Особенности запуска, параметры и функциональные возможности электромотора зависят от его типа, свойств и нюансов конструкции. Асинхронный двигатель с фазным ротором – это распространенная многозадачная силовая электроустановка, поддерживающая возможность регулировки посредством включения в роторную цепь дополнительных сопротивлений. От классического короткозамкнутого мотора она отличается повышенным пусковым моментом и более низкими стартовыми токами. Для лучшего понимания работы такого агрегата сначала нужно разобраться в особенностях его запуска.
Особенности пуска электромотора с фазным ротором
Во время включения установки фазный ротор асинхронного двигателя начинает медленно и равномерно вращаться. При этом сила сопротивления на ее валу уравновешивается. Чтобы преодолеть тормозной момент и компенсировать внутренние потери, мотор начинает активно потреблять энергоресурсы. Характеристики стартового пускового момента часто сильно отличаются от рекомендуемого значения, поэтому асинхронный электродвигатель с фазным ротором не может сразу переключится на режим полноценного функционирования. Данная особенность влечет за собой потерю ускорения и даже может вызвать критический перегрев внутренних частей конструкции.
Для решения этой проблемы частоту пусков электромотора ограничивают несколькими включениями. Если асинхронный двигатель с фазным ротором подключается от электросети малой мощности, то возможны потери общего напряжения и негативное воздействие на подсоединенные к той же линии электрические приборы. Включение в цепь фазного ротора асинхронного силового агрегата пусковых резисторов позволяет снизить токовые показатели, но одновременно повышает пусковой момент на старте вплоть до достижения им максимально допустимого порога.
Возможны следующие варианты запуска:
Здесь важно правильно подобрать резисторы с оптимальными параметрами. Если запуск асинхронного мотора прошел успешно, то далее необходимо обеспечить поддержку стабильного крутящего момента на всем этапе его разгона с целью снижения нагрева и уменьшения длительности переходного периода из спокойного до рабочего состояния. Это делается за счет уменьшения сопротивления резисторов, переключение между которыми происходит через подсоединенные последовательно контакторы. В таком случае отключать агрегат от электросети можно, только если роторную цепь замкнуть накоротко. В противном случае велика вероятность возникновения значительного перенапряжения в фазных обмотках статора.
Пусковой процесс поэтапно
Для лучшего понимания процесса, пуск асинхронного двигателя с фазным ротором можно разделить на несколько ключевых этапов:
Если при выключении рассматриваемого силового агрегата роторную цепь не замкнуть, то может возникнуть трехкратное, а то и четырехкратное напряжение по сравнению с номиналом.
Важные технические характеристики
Современные асинхронные двигатели с фазным ротором должны отвечать определенным параметрам, гарантирующим их качественную и безотказную работу в тех или иных условиях. Правильно подобранная механическая характеристика асинхронного двигателя с оптимальными электрическими показателями – залог успешной и эффективной работы всей электроустановки.
Среди основных технических характеристик электромотора можно выделить:
Это наиболее важные параметры, на которые необходимо обращать внимание при выборе и эксплуатации электрического двигателя. Но существует и другие характеристики, к примеру, определяющие специфические режимы работы и техническое обслуживание асинхронного электромотора. Как правило, все они подробно описываются в руководстве и технической документации к силовому агрегату или электроприводу.
Конструкционные особенности
Знание особенностей конструкции любого оборудования значительно облегчает покупку и последующую работу с ним, в том числе эксплуатацию и ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором. Прежде всего, следует запомнить, что все электромоторы устроены по схожему принципу – они обязательно имеют неподвижный статор и подвижный ротор, осуществляющий вращательные движения внутри силового агрегата. Статор асинхронного двигателя с фазным ротором имеет подключаемые к электросети переменного тока обмотки, напряжение на которых взаимодействует с обмотками ротора. Данная связь объясняется принципами действия магнитного потока.
Обычная конструкция статора асинхронного двигателя представляет собой корпус электромотора с запрессованным внутрь сердечником. Обмотка сердечника разделена не несколько заключенных в катушки секторов. От этих обмоток отводятся кабеля с защитной изоляцией, предотвращающей их взаимное замыкание. Ротор устроен из вала и набранного пластинчатого сердечника. Обычно здесь применяются пластины с симметричными пазами стандартного размера, выполненные из высокотехнологичной стали. Во время работы роторного вала происходит передача крутящего момента приводу электроустановки.
Чертеж асинхронного двигателя с его основными составными частями выглядит так:
Наиболее распространенными считаются роторы двух типов:
Первый вариант в составе своей конструкции имеет стержни из алюминия, проходящие сквозь сердечник и замкнутые торцевыми кольцами. Это так называемое «беличье колесо». Для повышения прочности пазов их также часто обрабатывают алюминиевым составом. Устройство фазного ротора несколько отличается от короткозамкнутого. Здесь количество установленных под определенным углом катушек напрямую зависит от числа парных полюсов, во многих случаях сопоставимых с парными полюсами, какие есть на статоре.
Принцип работы электромотора с фазным ротором
Теперь подробнее рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя с ротором фазным и его подключение. Здесь можно выделить очередность из пяти важных этапов:
Далее управление асинхронным двигателем с ротором фазного типа осуществляется в штатном режиме. Принцип работы асинхронного двигателя с фазным ротором отличается от короткозамкнутого варианта еще и наличием полноценной трехфазной обмотки с аналогичной укладкой на статорной и роторной части.
Типовая схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором выглядит так:
Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором показывает, что роторные обмоточные выводы соединены с контактными кольцами, установленными на вал электромотора. Эти кольца имеют защитную изоляцию, как между собой, так и в точках соприкосновения с валом. Для каждой из фаз, каких обычно насчитывается три, на роторе предусмотрена своя отдельная обмотка. Схема пуска этих обмоток чаще всего имеет вид «Звезды».
К роторной обмотке монтируется реостат управления, сопряженный со щетками и контактными кольцами. Несмотря на кажущуюся сложность такой конструкции и более тщательный расчет асинхронного мотора, возможностей регулировки рабочего момента на валу здесь на порядок больше, чем у двигателей с ротором короткозамкнутого типа, контроль и применение которых обычно связано с необходимостью использования частотного преобразователя или специального регулятора оборотов.
Статорная обмотка создается с учетом количества катушек и полюсов, которых на статоре и роторе должно быть одинаковое количество. Сдвиг катушек статора между собой происходит на определенное число градусов. Регулировка действия асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется путем изменения тока в роторных обмотках. Это позволяет контролировать размер скольжения и рабочий момент электромотора. Чтобы снизить износ колец и щеток во время полного выведения реостата их обычно замыкают посредством специального устройства для поднимания щеток
Достоинства и недостатки электромоторов с фазным ротором
Сейчас асинхронные силовые агрегаты широко применяются как в быту, так и на производстве. Такая популярность обусловлена большим количеством преимуществ, расширяющих их функционал и назначение.
Среди основных достоинств асинхронных моторов с ротором фазного типа можно выделить:
Несмотря на все многочисленные плюсы, нельзя не отметить и недостатки асинхронного двигателя с такой конструкцией. Главный из них – это достаточно большие габаритные размеры агрегата, что усложняет процесс монтажа, дальнейшую эксплуатацию и ремонт асинхронного двигателя с фазным ротором. Кроме того, такие электромоторы часто уступают по продуктивности и КПД аналогичным по мощности силовым агрегатам с короткозамкнутым ротором.