Короткозамкнутый ротор с беличьей клеткой асинхронной машины. Беличья клетка асинхронного двигателя.

Червячное колесо» — это метод подключения электрических проводников к ротору асинхронного двигателя переменного тока. Он был изобретен в 1889 году М. О. Доливо-Добровольского (патент Германии № 51083 от 8 марта 1889 года под названием «Anker für Wechselstrommotoren») и внешне напоминает игрушку, на которой бегают домашние животные.

Беличья клетка. Конструкция асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.

Наиболее широко используются асинхронные инверторные двигатели из-за их сравнительной простоты использования и надежности. Коллекторные двигатели имеют ограниченную пригодность для применения в тех случаях, когда скорость движущихся механизмов должна регулироваться в широком диапазоне. Однако они относительно тяжелые, дорогие, имеют более низкую производительность, чем бескоммутаторные двигатели, и, что самое главное, менее надежны в эксплуатации из-за жестких условий переменного тока. Асинхронные бескоммутационные двигатели имеют две основные конструкции: обмотка ротора с червячной клеткой и обмотка ротора с контактной втулкой. Что касается электромагнитных процессов в асинхронном двигателе, можно выделить две наиболее важные части: неподвижный статор, который создает вращающееся магнитное поле, и вращающийся ротор, который создает электромагнитный момент, передаваемый на движущийся механизм. Сердечники статора состоят из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм или, реже, 0,35 мм, изолированных слоем лака (в сердечниках ротора маломощных двигателей слой лака на поверхности листа служит в качестве изоляции). Сердечники статора и ротора имеют специальные пазы, в которые устанавливаются соответствующие обмотки.

Рисунок 1. Литой алюминиевый короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя (с короткозамкнутым кольцом и вентиляционными лопатками) Одной из наиболее распространенных обмоток ротора является так называемая беличья клетка (выглядит как беличье колесо — рис. 1). Рабочие провода (шины) этой обмотки помещаются в пазы ротора без изоляции, что обеспечивает хорошее использование площади пазов и хорошую передачу тепла от шин к активной стали. Асинхронные короткозамкнутые двигатели в зависимости от конструкции ротора имеют следующие модификации: с одной червячной клеткой, глубоким пазом, двойной червячной клеткой или двумя клетками. Конструктивные различия между этими модификациями обуславливают разницу в характеристиках этих двигателей, особенно в пусковых характеристиках. Рисунок 2. Пазы и стержни обмоток ротора. a — одинарная червячная обойма; b — глубокий паз; c — двойная червячная обойма. Асинхронные двигатели с одним короткозамкнутым ротором имеют пазы овальной или круглой формы, вырезанные в стальной пластине (рис. 2, а). Эти канавки покрываются сверху мостом толщиной 0,4-0,5 мм и заполняются алюминием. На обоих концах ротора расположены алюминиевые кольца, которые закрывают все стержни, залитые в пазы. Этот простой чугунный винтовой сепаратор часто дополнительно оснащается специальными алюминиевыми крыльями с обеих сторон ротора (см. рис. 1). Эти лопатки установлены для увеличения теплоотвода от закороченного ротора и улучшения вентиляции внутри асинхронной машины. В асинхронных двигателях с глубоким ротором (рис. 2, б) короткозамкнутый виток обычно выполняется из медных шин прямоугольного сечения. Короткозамыкающие втулки на концах ротора также обычно изготавливаются из меди, в которых делаются прорези по размеру прямоугольных стержней. Прутки и кольца свариваются между собой огнеупорной связью. Двухклеточный ротор (рис. 1, в) сконструирован с двумя червячными сепараторами. Внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, что обеспечивает относительно высокое сопротивление и относительно низкую индуктивность. Эта обмотка выполняет функцию пусковой обмотки в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора, внутренняя обмотка ротора, изготовлена из меди с минимальным сопротивлением. Она служит основной рабочей обмоткой двигателя. Обе обмотки имеют круглые пазы, но внутренняя обмотка в некоторых случаях прямоугольная или овальная. Торцевые короткозамыкающие втулки для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди. Существуют и другие модификации пазов ротора (бутылочный профиль, трапециевидный профиль), но описанные выше являются наиболее типичными для асинхронных двигателей. В асинхронном двигателе скорость ротора, увлекаемого магнитным полем статора, ниже, чем скорость самого поля. Если бы эти частоты были одинаковыми, поле больше не перемещалось бы относительно ротора, поскольку на ротор не действовала бы электродвижущая сила, создающая токи в обмотках. Это прекратит взаимодействие ротора с вращающимся полем и устранит причину вращения ротора. Тогда ротор неизбежно будет проскальзывать, т.е. его скорость станет меньше скорости магнитного поля, что и является фактическим положением в асинхронном двигателе. Из-за разной скорости вращения ротора и поля такие двигатели называются асинхронными.

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Если изучить явления, происходящие в роторе асинхронной машины при торможении (т.е. когда ротор неподвижен), то можно сделать вывод, что машина в этом режиме по своей физической природе является трансформатором. Первичная обмотка трансформатора является обмоткой статора, а вторичная обмотка — обмоткой ротора. В целом, основное отличие асинхронного двигателя от трансформатора заключается в его конструкции. Вторичная обмотка асинхронного двигателя отделена от первичной обмотки воздушным зазором, чего нельзя сказать об обычных трансформаторах. Кроме того, вторичная обмотка двигателя вращается относительно первичной обмотки. Как уже упоминалось, частота вращения n, с которой вращается ротор, должна отличаться от скорости вращения магнитного поля n1. В зависимости от соотношения этих частот существует три режима работы асинхронной машины: двигатель, генератор, тормоз. Когда асинхронная машина работает в режиме двигателя, скорость вращения ротора изменяется в пределах 0n1), затем асинхронная машина переключается в режим генератора. Это изменяет направление вращения поля статора по отношению к ротору по сравнению с работой двигателя машины. Электромагнитный момент, который асинхронная машина оказывает на вал, становится тормозным моментом по отношению к двигателю, который ее приводит. Механическая энергия, передаваемая этим двигателем асинхронной машине, преобразуется в электрическую энергию и поступает в сеть, к которой подключен ее статор. Режим работы асинхронной машины, при котором ротор вращается в направлении, противоположном направлению вращения электромагнитного поля статора, называется электромагнитным торможением. ?

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Все электродвигатели состоят из двух основных частей, которые взаимодействуют друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, а ротор отвечает вращением. Все электродвигатели классифицируются по принципу взаимодействия основных частей. В электродвигателе, например, статор индуцирует электромагнитные процессы во вторичной обмотке, роторе, аналогично первичной обмотке трансформатора. Это означает, что это асинхронный двигатель.

Двигатели переменного тока могут быть синхронными. Схема проще, а двигатель дешевле. Хотя все асинхронные двигатели имеют статор, аналогичный статору синхронного двигателя, основное отличие заключается в конструкции ротора. Он не должен быть намагничен в одном или другом направлении, как в случае с синхронным двигателем. Несмотря на различия между моделями асинхронных двигателей, конструкция их ротора аналогична короткозамкнутой вторичной обмотке.

• Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор с сепаратором. Он может быть легко сформирован из ферромагнитного материала и соответствующим образом обработан. Сплавы на основе железа проводят магнитное поле и взаимодействуют с ним. Цельнометаллическая конструкция имеет следующие преимущества:
• Он наиболее прост в производстве и поэтому имеет самую низкую стоимость,
• он лучше выдерживает усилия, прилагаемые двигателем,

Конструкция

он хорошо ускоряется благодаря эффективной связи магнитных полей.

Каждый электродвигатель имеет две важные рабочие части: ротор и статор. Они окружены защитным корпусом. На валу ротора установлен вентилятор для охлаждения проводников обмотки. Это общий принцип конструкции для всех типов электродвигателей.

Конструкция статора этих двигателей ничем не отличается от конструкции статора двигателей переменного тока других типов. Сердечники статора, рассчитанные на трехфазную работу, расположены по кругу под углом 120º. Они несут обмотки из изолированного медного провода определенного сечения и соединены в конфигурации треугольника или звезды. Структура катушки статора жестко соединена со стенками цилиндрического корпуса.

Структура электродвигателя показана на рисунке 1: обратите внимание на обмотку без сердечника в короткозамкнутом роторе.

Рисунок 1. Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым сепаратором.

Конструкция ротора несколько отличается. Конструкция обмотки очень похожа на конструкцию беличьей клетки. Он состоит из алюминиевых шин, концы которых замыкаются короткозамыкающими кольцами. В высокопроизводительных двигателях можно увидеть использование медных шин в качестве короткозамкнутых обмоток ротора. Этот металл имеет низкое удельное сопротивление, но стоит дороже алюминия. Кроме того, медь плавится быстрее, что нежелательно, поскольку ветви могут сильно нагревать сердечник.

Конструктивно сердечники установлены на сердечниках ротора, которые изготовлены из трансформаторной стали. В конструкции ротора сердечники устанавливаются на вал, а проводники обмотки запрессовываются (заливаются) в пазы магнитопровода. Изоляция пазов сердечника в этом процессе не требуется. На рисунке 2 показана фотография короткозамкнутого ротора.

Рисунок 2: Ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутыми обмотками.

Пластины магнитопровода таких роторов не нуждаются в изоляции поверхностными покрытиями. Их конструкция очень проста, что снижает стоимость асинхронных двигателей, которые составляют 90% от общего числа электродвигателей.

Ротор вращается асинхронно внутри статора. Между этими частями определяются минимальные расстояния в виде воздушных зазоров. Оптимальное расстояние составляет от 0,5 мм до 2 мм.

В зависимости от количества используемых фаз асинхронные двигатели можно разделить на три типа:

Они отличаются количеством и расположением обмоток статора. Модели с трехфазными обмотками обеспечивают высокую эксплуатационную стабильность при номинальной нагрузке. Они обладают наилучшими стартовыми характеристиками. Часто эти двигатели имеют одну пусковую цепь.

Двухфазные двигатели имеют две обмотки статора, расположенные перпендикулярно друг другу, каждая из которых питается переменным током. Они часто используются в однофазных сетях, где одна обмотка подключена непосредственно к одной фазе, а для питания второй обмотки используется фазосдвигающий конденсатор. Без этого компонента вал асинхронного двигателя не может вращаться сам по себе. Поскольку конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного двигателя, эти двигатели также называют конденсаторными.

Однофазный двигатель имеет только одну рабочую обмотку. Для запуска ротора используется дроссельная катушка, которая кратковременно включается конденсатором или замыкается на сеть. Эти маломощные двигатели используются в качестве электродвигателей в некоторых бытовых приборах.

Принцип работы

Секрет их популярности кроется в основном в простоте конструкции и низкой цене. Короткозамкнутые электродвигатели имеют и другие преимущества, о которых вы узнаете из этой статьи. Давайте сначала рассмотрим конструктивные особенности этого типа электродвигателя.

Работа асинхронного двигателя основана на характеристике трехфазного тока, который способен генерировать вращающееся магнитное поле в обмотках статора. В этих электродвигателях синхронная частота вращения электромагнитного поля напрямую связана с собственной частотой переменного тока.

Существует обратная зависимость между частотой вращения и количеством пар полюсов в обмотках статора. Поскольку сдвиг фаз составляет 60º, зависимость скорости вращения ротора (в об/мин) может быть выражена следующей формулой:

В результате магнитной индукции в сердечнике ротора возникает ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает электрический ток в замкнутом проводнике. Создается сила в амперах, которая заставляет замкнутый контур начать вращаться и следовать за магнитным полем. В номинальном режиме работы скорость вращения ротора немного ниже скорости магнитного поля, создаваемого в статоре. Когда частоты совпадают, магнитный поток прекращается, ток в обмотках ротора исчезает, и питание прерывается. Как только скорость вращения вала снижается, переменный ток магнитного поля сбрасывается.

Разница в частоте вращения магнитных полей называется частотой скольжения: ns = n1-n2, а относительная величина s, характеризующая гистерезис, называется скольжением.

s = 100% * ( ns/ n1) = 100% * (n1 — n2) / n1, где ns — частота скольжения; n1, n2 — частоты вращения магнитных полей статора и ротора соответственно.

Чтобы уменьшить гармоники ГЭД и сгладить импульсы, сердечники короткозамкнутых катушек слегка изгибаются. Снова посмотрите на рисунок 2 и обратите внимание на положение сердечников, которые выполняют роль курсорных обмоток, по отношению к оси вращения.

Величина скольжения зависит от механической нагрузки, действующей на вал двигателя. Для асинхронных двигателей скольжение составляет от 0 до 1. А при отсутствии нагрузки ротор, поглотивший скорость, практически не имеет активного сопротивления. S близок к нулю.

Управление асинхронным двигателем

Увеличение нагрузки способствует увеличению скольжения, что может привести к остановке двигателя из-за перегрузки. Это состояние эквивалентно короткому замыканию и может вывести устройство из строя.
• Возможности подключения асинхронного двигателя к электросети
• Прямое подключение к электросети
• Подключение через устройство плавного пуска

Подключение через преобразователь частоты

Прямое подключение к сети питания

Варианты подключения асинхронного электродвигателя с магнитным пускателем (слева), устройством плавного пуска (в центре) и преобразователем частоты (справа). Схемы показаны в упрощенном виде. FU1-FU9 — предохранители, KK1 — тепловое реле, KM1 — магнитный пускатель, L1-L3 — трехфазные контакты, M1-M3 — асинхронные двигатели, QF1-QF3 — автоматический выключатель, UZ1 — устройство плавного пуска, UZ2 — преобразователь частоты.

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными двигателями, подключая двигатель непосредственно к сети переменного тока.

• С помощью магнитных пускателей можно реализовать системы:
• Необратимый старт: запуск и остановка,

реверсивный пуск: пуск, остановка и реверс.

Нереверсивная схема

Реверсивная схема

Использование теплового реле позволяет защитить двигатель от значений тока, значительно превышающих номинальное значение.

Плавный пуск асинхронного электродвигателя

Недостатком подключения обмоток асинхронного двигателя непосредственно к сети является возникновение высоких пусковых токов при запуске двигателя.

В тех случаях, когда нет необходимости контролировать скорость двигателя во время работы, для снижения пусковых токов используется устройство плавного пуска.

Устройство плавного пуска защищает асинхронный двигатель от повреждений, вызванных резким увеличением потребления энергии во время пуска, ограничивая пусковые токи. Устройство плавного пуска обеспечивает плавное ускорение и замедление асинхронного электродвигателя.

Частотное управление асинхронным электродвигателем

Устройство плавного пуска дешевле и компактнее, чем частотный преобразователь. Он используется, когда управление скоростью и крутящим моментом требуется только во время пуска.

Преобразователь частоты используется для управления скоростью и моментом асинхронных двигателей. Принцип работы преобразователя частоты основан на изменении частоты и напряжения переменного тока.
• Использование преобразователя частоты позволяет:
• Снизить энергопотребление электродвигателя,
• контроль скорости вращения двигателя (плавный пуск и остановка, контроль скорости во время работы),

избежать перегрузки электродвигателя и тем самым увеличить срок его службы.

Функциональная схема частотно-регулируемого привода
• В зависимости от функциональных возможностей преобразователи частоты предлагают следующие варианты управления асинхронными двигателями
• Скалярное управление,

контроль над перевозчиком.

Скалярное управление

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

прост и недорог в реализации, но имеет следующие недостатки: медленная реакция на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в приложениях, где нагрузка либо постоянна, либо колеблется по известному закону (например, управление вентилятором).

Конструкция АДФР

Фазный ротор

До широкого распространения преобразователей частоты асинхронные двигатели средней и большой мощности строились с фазным ротором. Трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором (ADFR) обычно использовались для приложений со сложными условиями запуска, например, в качестве крановых двигателей переменного тока или для привода оборудования, требующего переходного регулирования скорости.

Фазный ротор по сути представляет собой трехфазную обмотку (аналогичную обмотке статора), установленную в пазах сердечника фазного ротора. Концы фаз этой обмотки ротора обычно соединяются в звезду, а пускатели подключаются через контактные кольца, которые изолированы друг от друга и от вала. Трехфазный пусковой или регулирующий резистор обычно подключается к щеткам контактных колец. Асинхронные двигатели с фазным ротором сложнее, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, но имеют лучшие пусковые и управляющие характеристики.

Двухфазные двигатели имеют две обмотки статора, расположенные перпендикулярно друг другу, каждая из которых питается переменным током. Они часто используются в однофазных сетях, где одна обмотка подключена непосредственно к одной фазе, а для питания второй обмотки используется фазосдвигающий конденсатор. Без этого компонента вал асинхронного двигателя не может вращаться сам по себе. Поскольку конденсатор является неотъемлемой частью двухфазного двигателя, эти двигатели также называют конденсаторными.

Короткозамкнутые асинхронные двигатели

Однофазный двигатель имеет только одну рабочую обмотку. Для запуска ротора используется дроссельная катушка, которая кратковременно возбуждается или замыкается конденсатором. Эти маломощные двигатели используются в качестве электродвигателей в некоторых бытовых приборах.

В асинхронных короткозамкнутых двигателях в зависимости от конструкции ротора существуют следующие модификации: Односепараторный, с глубоким валом, двухсепараторный или с двумя сепараторами. Конструктивные различия между этими модификациями приводят к разным характеристикам этих машин, особенно к пусковым характеристикам, которые более подробно описаны в следующих разделах.

В асинхронных двигателях с одной червячной клеткой в роторе пазы выштампованы в овальной или круглой стальной пластине (рис. 8,a). Эти канавки покрываются сверху мостом толщиной 0,4-0,5 мм и заполняются алюминием. На обоих концах ротора расположены алюминиевые кольца, которые закрывают все стержни, залитые в пазы. Эта простая литая винтовая обойма часто дополнительно оснащается специальными алюминиевыми крыльями с обеих сторон ротора (см. рис. 1). Эти лопатки установлены для увеличения теплоотвода от закороченного ротора и улучшения вентиляции внутри асинхронной машины.

Рисунок 1 — Литой алюминиевый ротор асинхронного двигателя с червячным ротором (с кольцом короткого замыкания и вентиляционными лопатками).

В асинхронных двигателях с глубоким ротором (рис. 2, б) известковая обойма обычно состоит из прямоугольных медных шин. Короткозамыкающие втулки на концах ротора обычно также изготавливаются из меди, в них прорезаны пазы под размер прямоугольных шин. Прутки и кольца свариваются между собой огнеупорной связью.

Рисунок 2. Втулки и шины обмоток ротора.

a — одинарная червячная обойма; b — глубокая канавка; c — двойная червячная обойма.

Двойной короткозамкнутый ротор (рис. 2, в) сконструирован с двумя короткими сепараторами. Внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, что обеспечивает относительно высокое сопротивление и относительно низкое индуктивное сопротивление. Эта обмотка выполняет функцию пусковой обмотки в асинхронном двигателе. Другая обмотка ротора, внутренняя обмотка ротора, изготовлена из меди с минимальным эффективным сопротивлением. Она служит основной рабочей обмоткой двигателя. Обе обмотки имеют круглые пазы, но внутренняя обмотка в некоторых случаях прямоугольная или овальная. Торцевые короткозамыкающие втулки для обеих обмоток обычно изготавливаются из меди.

Существуют и другие модификации пазов ротора (бутылочный профиль, трапециевидный профиль), но описанные выше являются наиболее типичными для асинхронных двигателей.

При выборе электродвигателя следует проконсультироваться с производителем.

Источник. (1975)

Расчет иад с ротором типа «беличья клетка»

Статья на эту тему:

Методические указания по расчетам и практической работе

в курсе «Расчет элементов и устройств контрольно-измерительной техники».

и для выполнения соответствующих разделов

Вид диплома для студентов по предмету 210100

Балаковский технологический институт,

Технология и управление

Анализ основных требований.

Цель дипломной работы: ознакомление с основными элементами расчета асинхронных приводов.

Управляемые двигатели переменного тока имеют некоторые особые требования, которые необходимо учитывать при проектировании. Наиболее важными из этих требований являются: Нулевой разряд, достаточная линейность механических свойств (

), достижение низкого пускового момента на ватт потребляемой мощности, достаточно низкая электромеханическая постоянная времени (

мсек); минимальное пусковое напряжение (

), длительная работа в пусковом состоянии (короткое замыкание).

Энергетические переменные работы двигателя: эффективная мощность на валу, КПД,

— учитываются в соответствии с вышеуказанными требованиями. При прочих равных условиях они стремятся быть как можно выше, что в некоторых случаях определяет выбор ротора управляемого двигателя, количество пар полюсов и частоту питающего напряжения.

Следует отметить, что невозможно одновременно выполнить все вышеперечисленные требования и добиться высоких значений производительности в номинальном режиме работы. Как правило, необходимо найти разумный компромисс, при котором будут соблюдены важнейшие требования к соответствующему типу двигателя. Например, требования, касающиеся отсутствия самоограничения и низкой нелинейности механических свойств, требуют разработки двигателя с высоким активным сопротивлением ротора. Это, естественно, приводит к значительному снижению КПД и выходной мощности по сравнению с аналогичными обычными асинхронными двигателями. Для достижения минимально возможного пускового напряжения двигатель должен иметь минимально возможное количество пар полюсов p

Асинхронный двигатель

и полностью немагнитный ротор, что не всегда соответствует оптимальным значениям других характеристик.

5 / l-l — lEffiffiffiffifl fflSffiiiil feez ,-.:i:-5J- r-H-;- Hj)-v4- gg SSHi SSH Рис. 7 Fag.2

В современных электродвигателях в некоторых случаях используются электродвигатели с минимальными размерами, которые работают с очень высокими угловыми скоростями, достигающими нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.

Эти двигатели малого и среднего размера используются уже много лет и просты в производстве. В то же время сложнее производить двигатели с низким энергопотреблением, так как они не подходят для этой цели:

1) Вращение ротора по конструктивным причинам: Размеры катушки ротора и диаметр вала очень малы,

2) громоздкий железный ротор по причине размеров: плохие электрические свойства сильно увеличивают размеры двигателя, и он не вписывается в заданные габариты,

3) громоздкий ротор с червячной клеткой в производственных условиях: малый диаметр ротора и его относительно большая длина делают практически невозможным просверлить щель нужной формы.

Для уменьшения радиальных размеров двигателя в осевом направлении можно изготовить составной ротор, т.е. состоящий из нескольких частей, два конца которых являются фланцевыми шейками вала. Части ротора закреплены вместе с шейками вала с помощью червячных сепараторов. Кроме того, части ротора могут быть склеены и свинчены между собой.

Управление асинхронным двигателем

Прямое подключение к сети питания

Варианты подключения асинхронного электродвигателя с магнитным пускателем (слева), устройством плавного пуска (в центре) и преобразователем частоты (справа). Схемы показаны в упрощенном виде. FU1-FU9 — предохранители, KK1 — тепловое реле, KM1 — магнитный пускатель, L1-L3 — трехфазные контакты, M1-M3 — асинхронные двигатели, QF1-QF3 — автоматический выключатель, UZ1 — устройство плавного пуска, UZ2 — преобразователь частоты.

Использование магнитных пускателей позволяет управлять асинхронными двигателями, подключая двигатель непосредственно к сети переменного тока.

реверсивный пуск: пуск, остановка и реверс.

Нереверсивная схема

Реверсивная схема

Использование теплового реле позволяет защитить двигатель от значений тока, значительно превышающих номинальное значение.

Плавный пуск асинхронного электродвигателя

Недостатком подключения обмоток асинхронного двигателя непосредственно к сети является возникновение высоких пусковых токов при запуске двигателя.

В тех случаях, когда нет необходимости контролировать скорость двигателя во время работы, для снижения пусковых токов используется устройство плавного пуска.

Устройство плавного пуска защищает асинхронный двигатель от повреждений, вызванных резким увеличением потребления энергии во время пуска, ограничивая пусковые токи. Устройство плавного пуска обеспечивает плавное ускорение и замедление асинхронного электродвигателя.

Частотное управление асинхронным электродвигателем

Устройство плавного пуска дешевле и компактнее, чем частотный преобразователь. Он используется, когда управление скоростью и крутящим моментом требуется только во время пуска.

Преобразователь частоты используется для управления скоростью и моментом асинхронного двигателя. Принцип работы преобразователя частоты основан на частоте переменного тока и переменном напряжении.

Скалярное управление асинхронными двигателями с датчиком скорости

Управление перевозчиком

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

прост и недорог в реализации, но имеет следующие недостатки: медленная реакция на изменение нагрузки и небольшой диапазон регулирования. Поэтому скалярное управление обычно используется в приложениях, где нагрузка либо постоянна, либо колеблется по известному закону (например, управление вентилятором).

Конструкция АДФР

Фазный ротор

До широкого применения преобразователей частоты асинхронные двигатели средней и большой мощности имели конструкцию с фазным ротором. Трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором (ADFR) обычно использовались для приложений с трудными условиями запуска, таких как крановые двигатели переменного тока, или для привода оборудования, требующего бесступенчатого регулирования скорости.

Фазный ротор по сути представляет собой трехфазную обмотку (аналогичную обмотке статора), установленную в пазах сердечника фазного ротора. Концы фаз этой обмотки ротора обычно соединяются в звезду, а пускатели подключаются через контактные кольца, которые изолированы друг от друга и от вала. Трехфазный пусковой или регулирующий резистор обычно подключается к щеткам контактных колец. Асинхронные двигатели с фазным ротором сложнее, чем двигатели с короткозамкнутым ротором, но имеют лучшие пусковые и управляющие характеристики.

Статор АДФР

Фазный ротор

Обозначение выводов вторичных обмоток трехфазного АДФР

Пуск АДФР

3-й выход

Роторные двигатели запускаются с помощью реостата в цепи ротора.

Используются проволочные и жидкостные резисторы.

Металлические реостаты

являются ступенчатыми регуляторами, и переход от одной ступени к другой осуществляется либо вручную с помощью рукоятки регулятора, которая представляет собой вал с установленными контактами, либо автоматически с помощью контакторов или регулятора с электрическим приводом.

Жидкостный реостат

Разновидности простейших движков-трансформаторов

Все электродвигатели состоят из двух основных частей, которые взаимодействуют друг с другом. Этими частями являются статор и ротор. Статор инициирует взаимодействие, а ротор отвечает вращением. Все электродвигатели классифицируются по принципу взаимодействия основных частей. В электродвигателе, например, статор индуцирует электромагнитные процессы во вторичной обмотке, роторе, аналогично первичной обмотке трансформатора. Это означает, что это асинхронный двигатель.

Двигатели переменного тока могут быть синхронными. Схема проще, а двигатель дешевле. Хотя все асинхронные двигатели имеют статор, аналогичный статору синхронного двигателя, основное отличие заключается в конструкции ротора. Он не должен быть намагничен в одном или другом направлении, как в случае с синхронным двигателем. Несмотря на различия между моделями асинхронных двигателей, конструкция их ротора аналогична короткозамкнутой вторичной обмотке.

• Самый простой вариант — короткозамкнутый ротор с сепаратором. Он может быть легко сформирован из ферромагнитного материала и соответствующим образом обработан. Сплавы на основе железа проводят магнитное поле и взаимодействуют с ним. Цельнометаллическая конструкция имеет следующие преимущества:
• Он наиболее прост в производстве и поэтому имеет самую низкую стоимость,
• он лучше выдерживает усилия, прилагаемые двигателем,

Он хорошо ускоряется благодаря эффективному взаимодействию магнитных полей.

Как преодолеваются недостатки болванки

Цельнометаллическая конструкция

Однако очевидно, что такой ротор с червячной клеткой не является лучшим проводником для токов, индуцированных статором. Сплавы железа не проводят ток так же хорошо, как алюминий или медь. Существует также причина, по которой сердечники трансформаторов изготавливаются из стальных пластин, а не из цилиндрических заготовок. Ветки нагревают литой металл и снижают общую эффективность электрической системы. Таким образом, недостатки массивности стальной конструкции конструктивно компенсируются более эффективным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Как получается беличье колесо (клетка)

В этом двигателе используются алюминиевые или медные компоненты. Функции генерации магнитного поля и проведения энергии структурно разделены. Подобно трансформаторам, для создания переменного магнитного поля с малыми потерями используются тонкие изолированные пластины. Каждый из них снабжен выемками и имеет форму, соответствующую поперечному сечению ротора. Его материал — трансформаторная сталь.

После сборки пластин получается цилиндр с пазами. Они состоят из углублений, в которые вставляются алюминиевые или медные шины. На концах цилиндра устанавливаются пластины или кольца из того же металла, что и стержни, к которым крепятся концы. Таким образом, каждая пара диаметрально противоположных стержней образует короткозамкнутую катушку. Его сопротивление индуцированному току намного ниже, чем у сплава железа. Прутья с пластинами напоминают клетку для белки.

Клетка для белки

Поэтому двигатель с короткозамкнутым ротором такого типа имеет меньшие потери и поэтому широко используется. Однако сходство этого асинхронного короткозамкнутого двигателя с обычным нагруженным силовым трансформатором ограничено определенными электросетями. Не все они могут выдержать высокий пусковой ток. Когда асинхронные двигатели с короткозамкнутой клеткой запускаются одновременно, ток высок и сравним с коротким замыканием.

Устройство

Для запуска двигателя с нагрузкой на валу используется перегрузочный резистор. Как только достигается номинальная скорость вращения вала, резистор отключается как резервный, а кольца замыкаются накоротко. В противном случае работа двигателя будет нестабильной и произойдет потеря мощности.

На рисунке: 1 — вал, 2,6 — подшипник, 3,8 — торцевые щиты, 4 — лапы, 5 — кожух вентилятора, 7 — колесо вентилятора, 9 — ротор с короткозамкнутым сепаратором, 10 — статор, 11 — клеммная коробка.

Основными компонентами асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму и состоит из стальных листов. Обмотки статора, состоящие из обмоточного провода, расположены в пазах сердечника статора. Валы обмотки смещены на угол 120°. Концы обмоток соединяются в треугольник или звезду, в зависимости от приложенного напряжения.

Существует два типа роторов для асинхронных двигателей: с червячной клеткой и с фазным ротором.

Ротор с короткозамкнутым сепаратором представляет собой сердечник из стальной пластины. Расплавленный алюминий заливается в пазы этого сердечника, образуя стержни, которые замыкаются концевыми кольцами. Такая конструкция называется «беличьей клеткой». Для более крупных двигателей вместо алюминия можно использовать медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, отсюда и название.

Основные технические характеристики

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, которая практически идентична обмотке статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы заводятся в контактное кольцо. При подключении очистителей к втулкам в цепь обмотки ротора может быть введено дополнительное сопротивление. Это позволяет изменять сопротивление в цепи ротора для снижения высоких входных токов. Подробнее о фазном роторе читайте в статье — Асинхронный двигатель с фазным ротором.

В зависимости от категории двигателя технические данные различаются. Обобщение всех существующих категорий двигателей выходит за рамки данной статьи. Мы сосредоточимся на описании наиболее важных технических данных для двигателей классов от 56 A2 до 80 B2.

За этот короткий промежуток времени для ряда короткозамкнутых двигателей можно утверждать следующее:

Мощность варьируется от 0,18 кВт (класс 56 A2) до 2,2 кВт (класс 80 B2).

Ток при максимальном напряжении составляет от 0,55A до 5A.

Эффективность варьируется от 66% до 83%.

Скорость вращения вала для всех моделей в указанном диапазоне составляет 3000 об/мин.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Технические данные соответствующего двигателя можно найти в паспорте.

До широкого распространения преобразователей частоты крупные и средние асинхронные двигатели выпускались с фазным ротором. Такая конструкция обеспечивает двигателю лучшие характеристики для плавного пуска и регулирования скорости, но эти двигатели гораздо сложнее по своей конструкции.

Интересно знать! В некоторых моделях ADFR щетки поднимаются после запуска ротора, а втулки замыкаются накоротко для увеличения мощности и срока службы щеток.

В настоящее время вращающиеся роторы практически не используются, так как их заменили асинхронные двигатели с червячной передачей и преобразователями частоты.