Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором советы электрика

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.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронные двигатели – распространенный тип электрических машин, преобразующих электрическую энергию в механическую. Название связано с тем, что в таком двигателе быстрота изменения магнитной индукции отличается от скорости вращения ротора.

Такие двигатели используются для запуска многих механизмов на производстве, в быту, ремонтных работах, строительстве, растениеводстве, животноводстве и др. Их популярность связана с удобством и безопасностью использования, удачной конструкцией, высокой мощностью, относительно невысокой ценой. Но стоит отметить и недостатки: тепловые потери, нелинейные характеристики, малый пусковой момент.

Различают два вида асинхронных двигателей: с короткозамкнутым и фазным ротором. Если ротор имеет собственные обмотки, то такое устройство называется асинхронным двигателем с фазным ротором. Об электродвигателе асинхронном трехфазном подробнее в другой статье.

Более сложное устройство асинхронного двигателя с фазным ротором оправдано тем, что это позволяет плавно регулировать частоту вращения. Кроме того, он обладает лучшими пусковыми свойствами, что и предопределяет область его использования – в машинах, которые включаются под нагрузкой и требуют регулирования скорости. К примеру, он находит широкое применение во всех крановых механизмах, при длительной работе с пониженными скоростями.

Неизбежный минус конструкции – более значительные масса, габариты и цена (по сравнению с аналогичными характеристиками двигателей с короткозамкнутым ротором).

Асинхронные двигатели с фазным ротором применяют при резко-переменной нагрузке при мощности свыше 100 кВт, а также при повторно-кратковременной и кратковременной нагрузках.

Рассмотрим устройство двигателя с фазным ротором подробнее.

1, 7 — подшипники; 2, 6 – подшипниковые щиты; 3 — корпус; 4 – сердечник статора с обмоткой; 5 – сердечник ротора; 8 — вал; 9 – коробка выводов; 10 — лапы; 11 – контактные кольца

На валу ротора закреплены пакеты магнитопровода, а в пазах размещена трехфазная обмотка. Ее концы выведены через отверстие в валу в специальную коробку. Выводы обмоток присоединены к трем контактным кольцам, изолированным друг от друга и от вала при помощи изоляционных прокладок. К кольцам, в свою очередь, плотно примыкают графитовые или металлографитовые щетки, необходимый контакт обеспечивается при помощи щеткодержателей.

Щетки имеют соединение с добавочным сопротивлением, задача которого – обеспечение постепенного роста тока и более мягкого запуска. Зачастую оно представляет собой реостат, использование которого позволяет осуществлять ступенчатый пуск. Также это позволяет двигателю с фазным ротором запускаться с небольшим пусковым током (что предоставляет возможность установки двигателей с фазным ротором в маломощных сетях). Дополнительное сопротивление может ограничить ток при реверсе, торможении или уменьшении скорости. Резисторы используются в те периоды, когда двигатель набирает скорость, в дальнейшем, по завершении разгона, они отключаются. Переключение роторного резистора совершается вручную или автоматически.

Подключение двигателя с фазным ротором

Теперь мы расскажем о подключении двигателя с фазным ротором. Для фазного ротора характерно соединение «звезда» или «треугольник» (это определяет напряжение сети: первый вариант – при напряжении 380 В, второй – при 220В).

Чтобы правильно осуществить подключение, в обязательном порядке надо знать паспортные данные машины. Выбор схемы соединения («звезда» или «треугольник») обусловлен характеристиками устройства и линейного напряжения сети. Поэтому перед подключением необходимо тщательно изучить данные паспорта, иначе двигатель может просто сгореть.

На корпусе двигателя размещена коробка, где на шесть клемм выведены концы трех обмоток статора. Нам необходимо определить, какие из них являются началами фазных обмоток, а какие – их концами. Стандартное обозначение начала обмоток — С1,С2 и С3, концы обмоток маркируются С4, С5 и С6. Для соединения «звезда» все рабочие концы фазных обмоток объединяются в один узел.

При схеме «треугольник» вы соединяете последовательно концы и начала обмоток. К точкам соединения подаются фазы. Следовательно, мы соединяем С1, С5 и L1; С2, С6 и L2; С3, С4 и L3.

При соединении «треугольником» пусковой ток намного выше, чем при соединении «звездой». Поэтому, если вы видите на корпусе маркировку 127/220, двигатель необходимо подключать «звездой». Если вы видите в паспорте обозначение 220/380, то можете включать его «треугольником» в сеть 220 В и «звездой» — в сеть 380 В.

Стоит также отметить, что при соединении «звездой» двигатели функционируют намного мягче, но не способны показать полную мощность, указанную производителем. При соединении «треугольником» мощность двигателя почти в 1, 5 раза выше, чем при соединении в «звезду».

Если двигатель не оснащен колодкой подключения, вам сначала потребуется определить концы и начала обмоток самостоятельно. Для этого отсоедините все провода, и решите эту задачу с помощью омметра, вольтметра и обычной батарейки.

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

В короткозамкнутом роторе электродвигателя, в отличие от фазного варианта, нет обмоток. Их заменяют замкнутые с торцов между собой кольцами стержни, изготовленные из алюминия или меди. Визуально конструкция такого ротора напоминает беличье колесо, от чего он и получил свое название – “беличья клетка”.

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:

  • Чувствительность к перепадам напряжения;
  • Большие габаритные размеры
  • Высокая стоимость;;
  • Более сложная конструкция за счет цепи ротора с добавочным сопротивлением;
  • Меньшие показатели коэффициента мощности и КПД (относительно АД с короткозамкнутым ротором).

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:

  • Снижение скорости вращения при нагрузке. Характерно для высокого сопротивления в цепи ротора, слабого контакта в его обмотке, низкого напряжения электросети
  • Разворачивание АД, когда цепь ротора разомкнута – КЗ в обмотке ротора
  • Чрезмерное равномерное повышение температуры двигателя – длительная перегрузка АД или его недостаточное охлаждение
  • Нагрев статорной обмотки местного характера – двойное замыкание катушек статора на корпус или между фазами, КЗ между витками, неверное подключение катушек в фазе между собой
  • Нагрев стали статора местного характера – нарушение изоляции между листами стали, их оплавление и выгорание, замыкание
  • Посторонний шум при работе АД. Может быть вызван как выходом из строя подшипников, так и недостаточной запрессовкой активной стали. Определяется на слух по характеру постороннего шума
  • Перегорание в обмотке якоря предохранителей, отсутствие контакта в подводящей проводке, выход из строя реостата

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.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Пуск двигателя с фазным ротором

Пусковые характеристики асинхронного мотора зависят от особенностей его конструкции, а именно от устройства ротора.

Запуск асинхронного мотора сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент мотора уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.

При пуске асинхронного мотора имеет место завышенное потребление электронной энергии из питающей сети, затрачиваемое не только лишь на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие утрат в самой асинхронном движке, да и на сообщение передвигающимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Потому при пуске асинхронный движок должен развить завышенный крутящий момент.

Для асинхронного мотора с фазным ротором исходный пусковой момент, соответственный скольжению s п= 1, находится в зависимости от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

Рис. 1. Запуск трехфазного асинхронного мотора с фазным ротором: а — графики зависимости крутящего момента мотора с фазным ротором от скольжения при разных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.

Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного мотора с замкнутыми накоротко контактными кольцами, исходный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а исходный пусковой ток I п = (4,5 — 7) I ном и поболее.

Малый исходный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором возможно окажется недостающим для приведения в действие производственного агрегата и следующего его ускорения, а значимый пусковой ток вызовет завышенный нагрев обмоток мотора, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к ненужному для работы других приемников временному снижению напряжения. Эти происшествия могут явиться предпосылкой, исключающей внедрение асинхронных движков с фазным ротором с огромным пусковым током для привода рабочих устройств.

Введение в цепь ротора мотора регулируемых резисторов, именуемых пусковыми, не только лишь понижает исходный пусковой ток, но сразу наращивает исходный пусковой момент, который может добиться наибольшего момента Mmax (рис. 1 , а, кривая 3), если критичное скольжение мотора с фазным ротором

s кр = ( R2′ + R д ‘) / ( Х1 + Х2 ‘) = 1 ,

где R д ‘ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора мотора, приведенное к фазе обмотки статора. Предстоящее повышение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, потому что оно приводит к ослаблению исходного пускового момента и выходу точки наибольшего момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.

Нужное активное сопротивление резисторов для запуска мотора с фазным ротором определяют, исходя из требований запуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) M ном, обычным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и томным при Мп ≥ Мном.

Для поддержания довольно огромного крутящего момента движком с фазным ротором в процессе разгона производственного агрегата с целью сокращения продолжительности переходного процесса и понижения нагрева мотора нужно равномерно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов. Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электронными и механическими критериями, лимитирующими пиковый предел момента М > 0,85 Ммах, момент переключения М2 > > Мс (рис. 2), также ускорение.

Рис. 2. Пусковые свойства трехфазного асинхронного мотора с фазным ротором

Переключение пусковых резисторов обеспечено последовательным включением контакторов ускорения Y1, Y2 соответственно в моменты времени t1 , t2 отсчитываемые с момента запуска мотора, когда в процессе разгона крутящий момент М становится равным моменту переключения М2. Благодаря этому в протяжении всего запуска все пиковые моменты получаются схожими и все моменты переключения равны меж собой.

Так как крутящий момент и ток асинхронного мотора с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить пиковый предел тока I1 = (1,5 — 2,5) I ном и ток переключения I 2, который должен обеспечить момент переключения М 2 > М c .

Отключение асинхронных движков с фазным ротором от питающей сети всегда делают при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание возникновения перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3 — 4 раза, если цепь ротора в момент отключения мотора окажется разомкнутой.

Источники:

http://jelektro.ru/covety-elektrika/%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BD%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D1%81-%D1%84%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%BC-%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%80.html

http://www.ttaars.ru/about/stati/faznyy-rotor-elektrodvigatelya/

http://elektrica.info/pusk-dvigatelya-s-fazny-m-rotorom/

http://elektrika.expert/provodka/cvet-provodov-v-jelektroprovodke.html

Ссылка на основную публикацию