Устройство электродвигателя с фазным ротором: Асинхронный двигатель с фазным ротором

Содержание

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Фазный ротор

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


Статор (3) выполнен, так же как и в обычном асинхронном двигателе, он представляет из себя полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в который уложена трехфазная обмотка.


Ротор (4) по сравнению с короткозамкнутым, представляет из себя более сложную конструкцию. Он состоит из сердечника в который уложена трехфазная обмотка, аналогично обмотке статора. Отсюда название двигателя. Если двигатель двухполюсный, то обмотки ротора смещены геометрически друг относительно друга на 120. Эти обмотки соединяются с тремя контактными кольцами (2), расположенными на валу (5) ротора. Контактные кольца выполнены из латуни или стали, причем друг от друга они изолированы. С помощью нескольких металлографитовых щеток (обычно двух), которые расположены на щеткодержателе (1) и прижимаются пружинами к кольцам, в цепь вводятся добавочные сопротивления. Выводы обмоток соединяются по схеме «звезда».

Добавочное сопротивление вводится только при пуске двигателя. Причем им обычно служит ступенчатый реостат, сопротивление которого уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Таким образом пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато. После того, как разгон закончился и двигатель вышел на естественную механическую характеристику, обмотку ротора закорачивают. Для того, чтобы сохранить щетки и снизить потери на них, в двигателях с фазным ротором существует специальное устройство, которое поднимает щетки и замыкает кольца. Таким образом, удается повысить еще и КПД двигателя.

Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.

Для того чтобы автоматизировать пуск двигателя, в обмотку ротора включают индуктивность. В момент пуска, частота тока в роторе наибольшая, а значит и индуктивное сопротивление максимально. Затем, при разгоне двигателя, частота, как и сопротивление уменьшаются, и двигатель постепенно начинает работать в обычном режиме.

За счет усложнения своей конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором, обладает хорошими пусковыми и регулировочными характеристиками. Но по той же причине, его стоимость возрастает приблизительно в 1.5 по сравнению с обычным АД, кроме того увеличивается масса, размеры и как правило, уменьшается надежность двигателя.

  • Просмотров: 48551

    • принцип работы, устройство и сферы применения асинхронного двигателя

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

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

    Общая информация

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

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

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

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

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

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

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

    Технические характеристики

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

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

    Устройство и конструкция

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

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

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

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

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

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

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

    Принцип работы

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

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

    Плюсы и минусы

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

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

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

    По последнему показателю устройства с короткозамкнутым ротором более продуктивные.

    Сферы применения

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

    Что такое трехфазный двигатель и как он работает?

    Трехфазные двигатели (также обозначенные как трехфазные двигатели) широко используются в промышленности и стали рабочей лошадкой многих механических и электромеханических систем из-за их относительной простоты, проверенной надежности и длительного срока службы. Трехфазные двигатели являются одним из примеров типа асинхронного двигателя, также известного как асинхронный двигатель, который работает с использованием принципов электромагнитной индукции. Хотя существуют также однофазные асинхронные двигатели, эти типы асинхронных двигателей реже используются в промышленности, но широко используются в быту, например, в пылесосах, компрессорах холодильников и кондиционерах, благодаря использованию однофазных асинхронных двигателей. фазное питание переменного тока в домах и офисах. В этой статье мы обсудим, что такое трехфазный двигатель и опишем, как он работает. Чтобы получить доступ к другим ресурсам о двигателях, обратитесь к одному из наших других руководств по двигателям, посвященным двигателям переменного тока, двигателям постоянного тока, асинхронным двигателям, или к более общей статье о типах двигателей. Полный список связанных статей по двигателям находится в разделе связанных статей.

    Что такое трехфазное питание?

    Чтобы разобраться в трехфазных двигателях, полезно сначала разобраться с трехфазным питанием.

    При производстве электроэнергии переменный ток (AC), создаваемый генератором, характеризуется тем, что его амплитуда и направление меняются со временем. Если графически показать амплитуду по оси y и время по оси x, зависимость между напряжением или током и временем будет напоминать синусоиду, как показано ниже:

    Рисунок 1 – Однофазный переменный ток

    Изображение предоставлено: Фуад А. Саад/Shutterstock.com

    Электроэнергия, подаваемая в дома, является однофазной, а это означает, что имеется один проводник с током, а также соединение с нейтралью и соединение с землей. В трехфазном питании, которое используется в промышленных и коммерческих условиях для запуска более крупного оборудования, требующего большей мощности, есть три проводника электрического тока, каждый из которых работает с разностью фаз 120 o 2π/3. радианы друг от друга. Если посмотреть графически, каждая фаза будет отображаться как отдельная синусоида, которая затем объединяется, как показано на изображении ниже:

    Рисунок 2 – Трехфазная электроэнергия со сдвигом фаз 120

    o между каждой фазой

    Изображение предоставлено: teerawat chitprung/Shutterstock.com

    Трехфазные двигатели питаются от электрического напряжения и тока, которые генерируются как трехфазная входная мощность и затем используются для производства механической энергии в виде вращающегося вала двигателя.

    Что такое трехфазный двигатель?

    Трехфазные двигатели представляют собой тип двигателя переменного тока, который является конкретным примером многофазного двигателя. Эти двигатели могут быть либо асинхронными двигателями (также называемыми асинхронными двигателями), либо синхронными двигателями. Двигатели состоят из трех основных компонентов – статора, ротора и корпуса.

    Статор состоит из ряда пластин из легированной стали, вокруг которых намотана проволока, образующая индукционные катушки, по одной катушке на каждую фазу источника электроэнергии. Обмотки статора питаются от трехфазного источника питания.

    Ротор также содержит индукционные катушки и металлические стержни, соединенные в цепь. Ротор окружает вал двигателя и является компонентом двигателя, который вращается для создания выходной механической энергии двигателя.

    Корпус двигателя удерживает ротор вместе с валом двигателя на наборе подшипников для уменьшения трения вращающегося вала. Корпус имеет торцевые крышки, удерживающие опоры подшипников, и вентилятор, прикрепленный к валу двигателя, который вращается при вращении вала двигателя. Вращающийся вентилятор всасывает окружающий воздух снаружи корпуса и нагнетает его через статор и ротор для охлаждения компонентов двигателя и рассеивания тепла, выделяемого в различных катушках из-за сопротивления катушки. Корпус также обычно имеет приподнятые механические ребра снаружи, которые служат для дальнейшего отвода тепла к наружному воздуху. Торцевая крышка также обеспечивает место для размещения электрических соединений для трехфазного питания двигателя.

    Как работает трехфазный двигатель?

    Трехфазные двигатели работают по принципу электромагнитной индукции, который был открыт английским физиком Майклом Фарадеем еще в 1830 году. Фарадей заметил, что когда проводник, такой как катушка или петля провода, помещается в изменяющееся магнитное поле, возникает индуцированная электродвижущая сила или ЭДС, которая генерируется в проводнике. Он также заметил, что ток, протекающий в проводнике, таком как провод, будет генерировать магнитное поле и что магнитное поле будет меняться по мере того, как ток в проводе изменяется либо по величине, либо по направлению. Это выражается в математической форме, связывая ротор электрического поля со скоростью изменения во времени магнитного потока:

    Эти принципы составляют основу для понимания того, как работает трехфазный двигатель.

    Рисунок 3 ниже иллюстрирует закон индукции Фарадея. Обратите внимание, что наличие ЭДС зависит от движения магнита, что приводит к существованию изменяющегося магнитного поля.

    Рисунок 3 – Принцип электромагнитной индукции

    Изображение предоставлено: Фуад А. Саад/Shutterstock.com

    Для асинхронных двигателей, когда статор питается от трехфазного источника электроэнергии, каждая катушка создает магнитное поле, полюса которого (северный или южный) меняют положение, когда переменный ток совершает колебания в течение полного цикла. Поскольку каждая из трех фаз переменного тока сдвинута по фазе на 120 или , магнитная полярность трех катушек не одинакова в один и тот же момент времени. Это условие приводит к тому, что статор создает то, что известно как RMF или вращающееся магнитное поле. Поскольку ротор находится в центре катушек статора, изменяющееся магнитное поле статора индуцирует ток в катушках ротора, что, в свою очередь, приводит к созданию ротором противоположного магнитного поля. Поле ротора стремится выровнять свою полярность с полем статора, в результате чего к валу двигателя прикладывается чистый крутящий момент, и он начинает вращаться, стремясь привести свое поле в соответствие. Обратите внимание, что в трехфазном асинхронном двигателе нет прямого электрического соединения с ротором; магнитная индукция вызывает вращение двигателя.

    У трехфазных асинхронных двигателей ротор стремится сохранить соосность с RMF статора, но никогда этого не достигает, поэтому асинхронные двигатели также называют асинхронными двигателями. Явление, из-за которого скорость ротора отстает от скорости RMF, известно как скольжение и выражается как:

    , где N r — скорость ротора, а N s — синхронная скорость вращающегося поля (RMF) статора.

    Синхронные двигатели работают аналогично асинхронным двигателям, за исключением того, что в случае синхронного двигателя поля статора и ротора синхронизированы, так что RMF статора заставит ротор вращаться с точно такой же скоростью вращения (в синхронизация – поэтому скольжение равно 0). Для получения дополнительной информации о том, как это достигается, обратитесь к этим статьям о реактивных двигателях и бесщеточных двигателях постоянного тока. Обратите внимание, что синхронные двигатели, в отличие от асинхронных двигателей, не должны питаться от сети переменного тока.

    Контроллеры двигателей для трехфазных двигателей

    Скорость, создаваемая трехфазным двигателем переменного тока, зависит от частоты сети переменного тока, поскольку она является источником RMF в обмотках статора. Таким образом, некоторые контроллеры двигателей переменного тока работают, используя входной ток переменного тока для генерации модулированного или регулируемого входного сигнала частоты для двигателя, тем самым контролируя скорость двигателя. Другой подход, который можно использовать для управления скоростью двигателя, заключается в изменении скольжения (описано ранее). Если скольжение увеличивается, скорость двигателя (то есть скорость ротора) уменьшается.

    Чтобы узнать больше о подходах к управлению двигателем, ознакомьтесь с нашей статьей о контроллерах двигателей переменного тока.

    Резюме

    В этой статье представлено краткое обсуждение того, что такое трехфазные двигатели и как они работают. Чтобы узнать больше о двигателях, ознакомьтесь с нашими соответствующими статьями, перечисленными ниже. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

    Источники:
    1. https://kebblog.com/how-a-3-phase-ac-induction-motor-works/
    2. https://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/15848/Three-Phase-Electric-Power-Explained.aspx
    3. http://www.oddparts.com/oddparts/acsi/defines/poles.htm
    4. http://www.gohz.com/how-to-determine-the-pole-number-of-an-induction-motor
    5. https://www.elprocus.com/induction-motor-types-advantages/
    6. https://www.intechopen.com/books/electric-machines-for-smart-grids-applications-design-simulation-and-control/single-phase-motors-for-household-applications
    7. https://www.worldwideelectric.net/resource/construction-ac-motors/
    8. https://www.gainesvilleindustrial.com/blog/single-three-phase-motors-guide/

    Другие товары для двигателей

    • Типы катушек индуктивности и сердечников
    • Типы контроллеров двигателей и приводов
    • Типы двигателей постоянного тока

      • Двигатели переменного тока

    • и двигатели постоянного тока — в чем разница?
    • Все об асинхронных двигателях — что это такое и как они работают
    • Типы двигателей переменного тока
    • Все о синхронных двигателях — что это такое и как они работают
    • Понимание двигателей

      • Однофазные промышленные двигатели

    • — как они работают?
    • Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?
    • Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
    • Все о реактивных двигателях — что это такое и как они работают
    • Все о бесщеточных двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
    • Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
    • Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
    • Все о шунтирующих двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
    • Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают

      • Шаговые двигатели

    • и серводвигатели — в чем разница?
    • Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают

      • Синхронные двигатели

    • и асинхронные двигатели — в чем разница?

    Больше из Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    Машины, инструменты и расходные материалы

    типов ротора трехфазного асинхронного двигателя

    следующий →
    ← предыдущая

    Существует два типа роторов асинхронных двигателей:

    1. Ротор с короткозамкнутым ротором или просто ротор с короткозамкнутым ротором.
    2. Фазовая обмотка или роторы с обмоткой. Двигатели, в которых используется этот тип ротора, известны как роторы с контактными кольцами.

    Ротор с короткозамкнутым ротором:

    Двигатель с короткозамкнутым ротором работает по принципу Электромагнетизм . Он состоит из ротора, статора и других частей, таких как подшипники, цилиндрический многослойный сердечник, вал и т. д.

    Функция подшипников в двигателе с короткозамкнутым ротором заключается в уменьшении трения между вращающимися и неподвижными частями машины. Ротор двигателя состоит из цилиндрического многослойного сердечника с параллельными пазами для несущих проводников ротора. Проводники ротора не являются проводами, а состоят из тяжелых стержней из меди, алюминия или сплава. Вал используется в двигателе для передачи механической энергии от машины или к машине. Статор – это внешняя неподвижная часть двигателя.

    Рисунок: ротор с клеткой

    Преимущества перекоса проводников короткозамкнутого ротора:

    1. Помогает снизить шум во время работы и создать равномерный крутящий момент.
    2. Во время блокировки зубья ротора и статора притягиваются друг к другу из-за магнитного поля, и эта тенденция к блокировке уменьшается в двигателе с короткозамкнутым ротором.

    Ротор с обмоткой или ротор с контактными кольцами:

    Раневой ротор состоит из якоря с прорезями. Изолированные жилы вставлены в пазы и соединены в трехфазную двухслойную распределенную обмотку, аналогичную обмотке статора. Обмотки ротора соединены в звезду.

    Обмотки ротора распределены равномерно и обычно соединены в звезду с выводами, выведенными из машины через контактные кольца, установленные на валу. Токосъемные кольца нарезаются с помощью медных угольных щеток. Конструкция ротора с обмоткой обычно используется для машин большого размера, где требования к пусковому крутящему моменту являются строгими. Внешнее сопротивление может быть добавлено в цепь ротора через токосъемное кольцо для уменьшения пускового тока и одновременно пускового момента.

    Рисунок: Асинхронный двигатель с контактными кольцами

    Разница между ротором с клеткой и фазным ротором:

    Преимущества короткозамкнутого ротора:

    • Роторы с клеткой имеют прочную конструкцию и дешевле роторов с обмоткой.

      Опубликовано

      в

      от

      admin

      Метки:

      Комментарии

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *