После успешного запуска в течение фазы разгона ротора поддерживается постоянный крутящий момент. Это сокращает период перехода от фазы покоя к фазе вращения и уменьшает вероятность нагрева. Для этого необходимо уменьшить сопротивление резистора.
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором
Асинхронные двигатели — это очень распространенные электродвигатели. Их легко строить и обслуживать, они просты по конструкции и очень надежны. Однако одним из недостатков является то, что скорость вращения вала постоянна и зависит от количества полюсов в обмотке статора. Но как быть, если во время работы необходимо изменить скорость?
Необходимость в регулировании скорости возникает в первую очередь для электродвигателей, установленных на кранах. Основными функциями, которые они выполняют, являются
- движение крана (моста крана) по рельсам, и
- движение крана-коляски (перпендикулярно рельсам), и
- подъем грузов.
Для перемещения настила крана (оба конца настила) можно использовать два двигателя. Два крюка разной мощности можно использовать для подъема грузов, поднимаемых разными электродвигателями. Крюки имеют два диапазона скорости подъема, для которых также можно использовать два двигателя.
Мосты с воздушным краном.
Существуют и другие машины, скорость которых необходимо контролировать: конвейеры, вентиляторы.
Еще одной причиной для изменения скорости вращения электродвигателя является его щадящий режим работы. Когда двигатель запускается, он потребляет ток, во много раз превышающий его номинальный ток. Это называется входным током. Если двигатель сильно загружен и его трудно разогнать, двигателю требуется больше времени для запуска, а пусковой ток нагревает обмотки статора и может привести к их разрушению. Кроме того, вал двигателя и подшипники подвергаются механическим нагрузкам, что сокращает срок их службы.
Двигатели постоянного тока могут изменять скорость вращения вала. Для этого в цепь обмотки включается реостат. Решение этой проблемы используется в электрическом транспорте, таком как трамваи, троллейбусы, поезда и метро. Однако из-за уникальных характеристик постоянного тока вся инфраструктура электроснабжения для этих потребителей организована особым образом. Невыгодно использовать постоянный ток на предприятиях, где большинство потребителей питаются от трехфазного переменного тока. Двигатели постоянного тока сами по себе имеют ряд недостатков, таких как сложные щетки и обслуживание коллектора. Розетки нагреваются, и трудно дистанционно управлять многими розетками одновременно.
Поэтому в таких машинах используются асинхронные двигатели с фазно обмотанными роторами.
Принцип работы асинхронного электродвигателя с фазным ротором
Статор этих двигателей ничем не отличается от статора обычного двигателя. Однако его ротор имеет дополнительную трехфазную обмотку, соединенную звездообразной проводкой, концы которой выступают в контактное кольцо. Кольцо имеет щетки, используемые для подключения обмоток к электрической цепи.
Фаза ротора
Асинхронные короткозамкнутые двигатели работают следующим образом
- Ток в обмотке статора создает вращающийся магнитный поток внутри статора.
- Меняющийся во времени поток создает электромагнитное напряжение между обмотками ротора.
- Когда обмотка ротора замкнута, индуцированный АДР создает ток в обмотке ротора.
- Токоведущие проводники ротора взаимодействуют с вращающимся магнитным полем статора — возникает вращающий момент.
Особенности асинхронных двигателей с фазовым вращением: ток в роторе может быть изменен путем последовательного соединения обмоток. Чем выше сопротивление резистора, тем меньше ток в роторе. По мере уменьшения тока сила взаимодействия с вращающимся полем статора также уменьшается. Скорость вращения снижается.
Проектирование асинхронных электродвигателей с фазным ротором
Наличие резисторов в цепи ротора увеличивает количество ЗУ для управления двигателем. Мощность, рассеиваемая ими, увеличивается с ростом мощности электродвигателя. Однако они также важны для небольших двигателей, что приводит к созданию громоздких конструкций магазинов резисторов и необходимости обеспечения постоянного охлаждения. Резисторы изготавливаются из материалов с высоким удельным сопротивлением. Их проводники либо намотаны на каркас, либо закреплены на фарфоровой изоляции. Конструкция помещается в кожух с жалюзийными отверстиями для охлаждения или накрывается сеткой.
Магазины резисторов для крановых двигателей с фазовым вращением
Не всегда возможно разместить резисторы в помещении. На кранах они расположены непосредственно на мосту, в которых происходит большое скопление пыли и требуется частое обслуживание.
Скорость двигателей с фазовым вращением нельзя плавно регулировать. Сопротивление цепи ротора изменяется с фиксированным шагом. Для этого резисторы делятся на секции, соединенные последовательно в цепи, в которую устанавливается управляющий контактор. Если необходимо увеличить скорость вращения, контактор шунтирует секцию резистора, уменьшая общее сопротивление. Все резисторы подавлены до минимума для достижения максимума — ничего не шунтируется.
Асинхронные электродвигатели с фазнозамкнутым ротором
Плавный запуск двигателя с фазным ротором
Система плавного ускорения для двигателей с фазнозамкнутыми роторами работает автоматически. Оператор нажимает кнопку «пуск», и автоматика делает все сама.
Главный контактор подключает обмотки статора к трехфазному напряжению. Цепь ротора содержит резисторы с максимально возможным сопротивлением, поэтому двигатель начинает вращаться с минимально возможной скоростью.
После фиксированной задержки, создаваемой реле времени, активируется первый контактор и шунтируется первая секция резисторов в цепи ротора. Скорость вращения немного увеличивается. По истечении времени второе реле запускает следующий контактор. Следующая секция резистора шунтируется, ток ротора увеличивается и скорость вращения возрастает. и так далее, пока все резисторы не будут удалены из цепи ротора. В этом случае электродвигатель достигает своей номинальной скорости.
Схема плавного пуска для асинхронных электродвигателей с фазнозамкнутыми роторами.
Количество ступеней ускорения выбирается в зависимости от тяжести старта. Ускорение не такое плавное, и ток в статоре увеличивается ступенчато. Двигатель переходит на каждую последующую ступень, при этом пусковой ток в начале уменьшается.
Этот недостаток устраняется в электродвигателях, в которых используется жидкостный стартер. В качестве резистора используется жидкость с высоким удельным сопротивлением. Это дистиллированная вода, в которой растворена специальная соль. Снижение сопротивления достигается за счет уменьшения расстояния между электродами, помещенными в эту жидкость. Электроды приводятся в движение небольшим электродвигателем через червячную передачу. Это уменьшает сопротивление в цепи ротора и позволяет двигателю плавно разгоняться.
Фаза обмотки контактирует с различными устройствами. Звезда и дельта. Выбор схемы зависит от напряжения сети: для асинхронных двигателей 220 В используется треугольное соединение, для асинхронных двигателей 220/380 В — соединение звездой.
Схема подключения
При подключении к электросети реле времени начинает работать. Контакты размыкаются. Нажмите тумблер, чтобы запустить машину.
Для подключения AD необходимо правильно обозначить концы фазных обмоток и принцип работы.
Устройство двигателя
Основными константами являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр из пластин электромагнитной стали, в котором расположены трехфазные обмотки. Он состоит из обмоток. В зависимости от напряжения они подключаются к проводке звездой или треугольником.
Ротор — это основная вращающаяся часть двигателя. В зависимости от расположения он может быть внешним или внутренним. Этот элемент изготовлен из стального листа. Щели в сердечнике заполнены алюминием со стержнями, содержащими концевые кольца. Они изготавливаются из латуни или стали и изолируются слоем лака. Между трехфазным статором и ротором создается зазор. Размеры зазора составляют 0,30-0,34 мм для низковольтных устройств и 1,0-1,6 мм для высоковольтных устройств. Такая конструкция известна как форма клетки. Для мощных двигателей сердечник изготавливается из меди. Контактор инициирует действие, и двигатель запускается.
В цепи обмотки вращающейся части машины имеется дополнительный резистор, соединенный с металлической щеткой для тонера. Обычно используются две щетки в щеткодержателе. В крановых и центробежных двигателях для управления роботом используются конические подвижные роторы. Технические требования к высоким пусковым моментам требуют асинхронных двигателей с фазными роторами. Это такие машины, как краны, мельницы и лифты.
Переключение схем со звезды на треугольник
Принцип работы
Двигатели AD основаны на вращающемся магнитном поле. Через область обмотки трехфазного статора протекает ток, а магнитный поток фазных магнитов изменяется со скоростью и частотой постоянной мощности. При вращении статора возникает электродвижущая сила.
На обмотку ротора подается напряжение, которое вместе с постоянным потоком статора образует стартер. Он стремится направить ротор вдоль магнитного вращения статора, что приводит к проскальзыванию при превышении тормозного момента. Отношение частоты динамического поля магнитов статора к частоте вращения ротора.
Когда электромагнитная система и тормозной момент находятся в равновесии, изменение значения прекращается. Функция AD характеризуется тем, что динамическое поле статора и индуцированные токи ротора мобилизуются вместе в круговом движении. Вращающий момент возникает только из-за разницы в частоте кругового движения магнитных полей.
Различают современные и асинхронные машины. Разница заключается в том, как они наматывают Формируется магнитное поле.
Неподвижность ротора и короткое замыкание (КЗ) обмоток.
Принцип работы двигателя с фазами ротора основан на магнитном поле, которое вращается с угловой скоростью, зависящей от частоты сети и пар полюсов обмоток статора. Это поле создается при подключении трехфазных обмоток к сети. Асинхронные двигатели обычно имеют много фаз (обычно три), но бывают и однофазные двигатели.
Зачем нужно добавочное сопротивление?
Дополнительные резисторы используются для запуска двигателя при нагрузке на вал. При достижении номинальной скорости вращения вала ненужный резистор отключается, а кольцо замыкается накоротко. В противном случае двигатель будет работать нестабильно, и его производительность снизится.
Ступенчатый реостат обычно выступает в качестве дополнительного внешнего сопротивления. В этом случае двигатель также разгоняется ступенчато. Часто используются устройства, которые могут повысить эффективность работы двигателя и в то же время предотвратить трение щеток о кольца. После разгона устройство поднимает щетки и замыкает кольцо.
Индуктор, подключенный к обмотке ротора, используется для автоматического запуска двигателя. Дело в том, что в момент запуска частота индукции и тока ротора максимальны. По мере ускорения двигателя эти значения уменьшаются, и в конце концов двигатель возвращается к нормальной работе.
Отличие короткозамкнутого ротора от фазного
В отличие от фазного варианта, короткозамкнутый двигатель не имеет обмоток. Обмотка заменяется кольцом из алюминиевых или медных стержней с замкнутыми концами. Визуально дизайн этого ротора напоминает форму клетки, отсюда и название «caged».
Короткозамкнутый ротор выходит из магнитного поля статора. Прутья сепаратора параллельны друг другу, но наклонены к оси вращения для предотвращения пульсации магнитного поля внутри ротора. Короткозамкнутые двигатели более надежны, так как у них нет щеток, которые могут со временем износиться. Кроме того, они стоят дешевле, чем варианты с фазным ротором.
Преимущества и недостатки электродвигателя с фазным ротором
Решетчатые двигатели широко используются, поскольку они имеют ряд важных преимуществ перед другими машинами этого типа. К ним относятся высокий пусковой момент и относительно постоянная скорость вращения даже при высоких нагрузках. Эти двигатели требуют меньшего пускового тока для запуска, а их конструкция позволяет использовать автоматические пусковые устройства. Кроме того, эти электродвигатели могут выдерживать длительные перегрузки.
Как и другие электродвигатели, роторно-фазные электродвигатели имеют определенные недостатки
- Чувствительность к колебаниям напряжения,.
- Большие размеры
- Высокая стоимость.
- более сложная конструкция из-за цепей ротора с дополнительным сопротивлением, и
- более низкие коэффициент мощности и КПД (по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором).
