Конструкция двигателя с фазным ротором: Асинхронный двигатель с фазным ротором

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: 44251

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.

Конструкции трехфазных электродвигателей NEMA ~ Изучение электротехники

Конструкции трехфазных электродвигателей NEMA

Трехфазные асинхронные двигатели определяются типом их электрической конструкции. NEMA  (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) классифицирует трехфазные двигатели переменного тока по конструкциям A, B, C, D. Добавлена ​​более поздняя конструкция под названием E. Эти конструкции подходят для определенных классов приложений в зависимости от требований к нагрузке, типичных для каждого класса.

Когда двигатель работает от холостого хода до полной нагрузки, его крутящий момент зависит от скорости. Зависимость между скоростью и крутящим моментом часто изображается на графике, называемом кривой скорости-крутящего момента. Эта кривая показывает крутящий момент двигателя в процентах от крутящего момента при полной нагрузке во всем диапазоне скоростей двигателя, показанный в процентах от его синхронной скорости. Классификация NEMA основана на кривых скорость-крутящий момент. Типичная кривая скорость-момент для конструкций A, B, C и D показана ниже:

Характеристики трехфазных двигателей NEMA

Двигатели NEMA Design A
В таблице ниже приведены типичные характеристики всех двигателей NEMA A:

• Высокий момент блокировки ротора
• Высокий ток блокировки ротора

Крутящий момент заблокированного ротора (% от крутящего момента при полной нагрузке) 70 — 275% Тяговый крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке) 65 — 190% Пробивной крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке) 175 — 300% Ток заблокированного ротора (% от тока полной нагрузки)  — Накладка 0,5 — 5% Области применения Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы
и компрессоры, мотор-генераторные установки и т. д., для которых требования к пусковому моменту относительно невелики Эффективность Высокий или средний

Двигатели NEMA Design B
В таблице ниже приведены типичные характеристики всех двигателей NEMA B. Двигатель NEMA конструкции B является наиболее распространенной конструкцией трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.

Основные характеристики	Нормальный момент блокировки ротора Нормальный ток заторможенного ротора
Крутящий момент заблокированного ротора (% от крутящего момента при полной нагрузке)	70 — 275%
Тяговый крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	65 — 190%
Пробивной крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	175 — 300%
Ток заблокированного ротора (% от тока полной нагрузки)	600 — 700%
Слип	0,5 — 5%
Области применения	Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы и компрессоры, мотор-генераторные установки и т. д., где требования к пусковому моменту относительно невелики
Эффективность	Высокий или средний

Двигатели NEMA Design C
В таблице ниже приведены типичные характеристики всех двигателей NEMA C:

Основные характеристики	Высокий момент блокировки ротора Нормальный ток заторможенного ротора
Крутящий момент заблокированного ротора (% от крутящего момента при полной нагрузке)	200 — 285%
Тяговый крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	140 — 195%
Пробивной крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	190 — 225%
Ток заблокированного ротора (% от тока полной нагрузки)	600 — 700%
Накладка	1 — 5%
Области применения	Конвейеры, дробилки, мешалки двигатели, мешалки, поршневые насосы и компрессоры и т. д., где требуется запуск под нагрузкой
Эффективность	Средний

Двигатели NEMA конструкции D.
В таблице ниже приведены типичные характеристики всех двигателей NEMA D:

Основные характеристики	Нормальный момент блокировки ротора Высокое скольжение
Крутящий момент заблокированного ротора (% от крутящего момента при полной нагрузке)	275%
Тяговый крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	—
Пробивной крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	275%
Ток заблокированного ротора (% от тока полной нагрузки)	600 — 700%
Накладка	5 — 8%
Области применения	Высокие пиковые нагрузки с маховиками или без них, такие как пробивные прессы, ножницы , элеваторы, экстракторы, лебедки , подъемники, насосы для нефтяных скважин и двигатели для волочения проволоки
Эффективность	Низкий

Двигатели NEMA Design E
Это новейшая категория дизайна NEMA. Ниже приведены типичные характеристики двигателей NEMA E:

Основные характеристики	Нормальный момент блокировки ротора Нормальный ток заторможенного ротора Низкое скольжение
Крутящий момент заблокированного ротора (% от крутящего момента при полной нагрузке)	75 — 190%
Тяговый крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	60 — 140%
Пробивной крутящий момент (% крутящего момента при полной нагрузке)	160 — 200%
Ток заблокированного ротора (% от тока полной нагрузки)	800 — 1000%
Накладка	0,5 — 3%
Области применения	Вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы и компрессоры, мотор-генераторные установки и т. д., где требования к пусковому моменту относительно низкие
Эффективность	Высокий

Новое сообщение
Старый пост
Главная

Конструкция и принцип действия асинхронного двигателя

Ротор с короткозамкнутым ротором и контактным кольцом

Асинхронный двигатель также называют асинхронным двигателем, поскольку асинхронные двигатели работают по принципу индукции. Асинхронный двигатель укорочен с помощью ASM или IM. В моторном режиме ротор асинхронного двигателя вращается медленнее, чем магнитное вращающееся поле статора, то есть асинхронно со статором. Разница между скоростью вращения статора и скоростью вращения ротора также называется скольжением. Когда скорость ротора равна скорости статора, скольжение равно нулю и асинхронный двигатель не обеспечивает положительного крутящего момента. В генераторном режиме ротор вращается быстрее, чем вращающееся поле от статора. Разница скоростей создает отрицательный крутящий момент, который пытается замедлить ротор. Асинхронные двигатели, работающие напрямую от двухфазного переменного тока или трехфазного трехфазного тока без инвертора, имеют меньший КПД, чем синхронные двигатели с постоянными магнитами. Однако асинхронные двигатели, работающие с инвертором, могут достигать такого же высокого КПД.

Конструкция асинхронного двигателя

Существует два различных типа асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором и контактным кольцом. Структура статора одинакова для обоих и аналогична структуре синхронного двигателя. Для проведения магнитного потока в электродвигателе статор и ротор состоят из нескольких слоев электротехнического листа, толщина которого обычно составляет 0,5 мм. Чем тоньше выполнен электротехнический лист, тем меньше потери на вихревые токи в электродвигателе и выше его КПД. Статор несет обмотки, по которым протекает трехфазный ток. Обычно статор имеет три фазы двигателя, которые можно соединить звездой или треугольником. Однако есть двигатели и с большим, и с меньшим количеством фаз, что зависит в первую очередь от предполагаемого использования и напряжения питания. Ротор содержит короткозамкнутые токопроводящие стержни или обмотки в зависимости от типа асинхронного двигателя.

Воспроизвести видео о работе асинхронного двигателя video

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Ротор АД с короткозамкнутым ротором состоит из клетки из стержней, изготовленных из алюминия или меди. Стержни закорочены на верхнем и нижнем концах кольцами из того же материала. Чаще всего используется ротор с короткозамкнутым ротором, поскольку он не имеет контактных колец и, следовательно, имеет более длительный срок службы. Кроме того, производство ротора намного дешевле.

Асинхронный двигатель с ротором с контактными кольцами

Ротор с контактными кольцами состоит из обмоток вместо стержней. Обмотки не закорочены в роторе, а выведены наружу через токосъемные кольца и закорочены через дополнительные резисторы. Протекание тока в роторе можно контролировать с помощью резисторов снаружи электродвигателя.

Функция асинхронного двигателя

Вращающееся магнитное поле создается трехфазным током в обмотках статора. Вращающееся магнитное поле от статора также проходит через воздушный зазор через ротор. Если существует разница скоростей между скоростью вращения ротора и скоростью вращения статора, в токопроводящих стержнях ротора вращающимся магнитным полем индуцируется напряжение. Поскольку стержни проводника закорочены друг на друга на нижнем и верхнем концах, индуцированное напряжение генерирует ток в стержнях. Ток короткого замыкания в стержнях сам по себе создает магнитное поле в роторе, которое следует за магнитным полем статора. В отличие от синхронных двигателей с постоянными магнитами магнитное поле ротора не стационарно, а вращается поперек ротора. Когда ротор вращается с той же скоростью, что и статор, в токопроводящих стержнях больше не индуцируется ток и, следовательно, больше не создается крутящий момент. В случае короткого замыкания статора ротор больше не индуцирует напряжение. Это делает асинхронный двигатель очень безопасным электродвигателем, и именно поэтому крупные производители автомобилей, такие как Tesla и Audi, например, используют асинхронный двигатель в своих электромобилях.

Преимущества и недостатки

Ознакомьтесь с преимуществами и недостатками асинхронных двигателей с ротором с контактными кольцами и короткозамкнутым ротором с инвертором и без него.

Ротор с контактными кольцами IM

Основным преимуществом асинхронного двигателя с контактными кольцами является более высокий крутящий момент в более низком диапазоне скоростей и более низкий пусковой ток. Однако дополнительные затраты на токосъемные кольца, а также на изготовление ротора с обмотками значительны. Поэтому сегодня ротор с контактными кольцами используется только для очень больших электродвигателей, где инвертор был бы слишком дорогим.

IM с короткозамкнутым ротором без инвертора

Основным преимуществом асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором являются низкие производственные затраты на ротор по сравнению с синхронным двигателем с постоянным магнитом и коротким СДПМ. Асинхронный двигатель очень устойчив к высоким температурам.