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.

Свойства и область применения асинхронных электродвигателей

Электродвигатели применяются достаточно широко. Асинхронные электродвигатели могут применяться как в бытовой технике, так и на промышленных предприятиях.

Асинхронный электродвигатель благодаря простоте в производстве и надёжности в эксплуатации широко применяют в электрическом приводе. Электродвигатели асинхронные имеют свои специфические свойства, области применения и ограничения использования.

У асинхронного электродвигателя ограничен диапазон регулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности в режиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователей частоты существенно расширяет область применения электродвигателей асинхронных в автоматических регулируемых электроприводах.

Электродвигатель состоит из двух основных частей – статора и ротора. Статором называется неподвижная часть машины. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротором, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).  

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором наиболее распространены, они достаточно просты по устройству и удобны в эксплуатации.

Электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым ротором имеют следующие преимущества: 

• Электродвигатели асинхронные имеют практически постоянную скорость при разных нагрузках; 
• Есть возможность непродолжительных механических перегрузок; 
• Электродвигатели асинхронные просты в конструкции; 
• Простота пуска электродвигателя асинхронного, легкость его автоматизации; 
• Более высокие cos φ и КПД, чем у двигателей с фазным ротором. 

Однако асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором имеют и свои недостатки. К ним относятся: 

• затруднения в регулировании скорости вращения электродвигателя; 
• большой пусковой ток; 
• низкий cos φ при недогрузках.  

Применение асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором ограничено, они применяются в тех случаях, когда не требуется регулирование скорости вращения двигателя. 

Преимущества асинхронных электродвигателей с фазным ротором: 

• большой начальный вращающий момент; 
• возможность кратковременных механических перегрузок; 
• приблизительно постоянная скорость при различных перегрузках; 
• меньший пусковой ток по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором; 
• возможность применения автоматических пусковых устройств. 

Электродвигатели асинхронные с фазным ротором используются в тех случаях, когда требуется уменьшить пусковой ток и повысить пусковой момент, а также когда требуется регулирование скорости в небольших пределах. 

Перегрузочная способность электродвигателей асинхронныххарактеризуется отношением максимального момента двигателя Мм к его номинальному моменту Мн. В зависимости от величины мощности и назначения двигателя отношение Мм/Мн колеблется примерно в пределах 1-3.

Посмотреть ассортимент асинхронных электродвигателей

Электродвигатели асинхронные: электродвигатель 5АМ, 5АИ, АИР

Лаборатория автомобильной электроники Clemson: Асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель имеет пассивный ротор, который замкнут накоротко постоянно (беличья клетка) или временно (см. Ротор с контактными кольцами ). Он может производить до нескольких мегаватт и чаще всего используется в качестве стандартного трехфазного двигателя в промышленности.

Магнитное поле в асинхронном двигателе создается током намагничивания за счет подаваемой электрической энергии. Асинхронные двигатели характеризуются скольжением, т.е. е. зависящая от нагрузки разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращающегося поля питающего напряжения.

Ротор  представляет собой металлическую клетку с осевыми стержнями, расположенными по симметричной круговой схеме и прикрепленными к короткозамыкающему кольцу (концевому кольцу) на каждом конце.

Статор содержит распределенные катушки, которые индуцируют напряжение в стержнях ротора (см. Индукция ) посредством вращающегося магнитного поля. Это приводит к сильному току в короткозамкнутых стержнях, что создает силу между ротором и статором в магнитном поле и приводит к электромагнитному взаимодействию, ответственному за асинхронность. Асинхронные двигатели подвержены значительным потерям в статоре и роторе.

В двигателях с контактными кольцами трехфазная обмотка ротора соединяется с переменными резисторами, обычно используемыми в качестве жидкостных пускателей, через контактные кольца. Такая конструкция обеспечивает мягкость процесс запуска , который не оказывает ударной нагрузки на сеть электропитания и позволяет в определенной степени изменять скорость. Однако это также приводит к значительным потерям мощности.

Обмотки ротора с короткозамкнутым ротором обычно состоят из одинарных или двойных токопроводящих стержней, которые на концах закорочены кольцеобразным проводником. Короткозамкнутые роторы очень просты по конструкции и надежны, не требуют обслуживания. См. рис. 1 Асинхронный двигатель

Различают двигатели с сухим ротором, погружные двигатели и двигатели с мокрым ротором в отношении контакта с водой. See Fig. 2 Asynchronous motor

Рис. 2 Асинхронный двигатель: Обозначение асинхронных двигателей в зависимости от смачивания

Сухой двигатель имеет различные виды защиты от попадания воды (см. Тип защиты ).

Погружной электродвигатель частично или полностью погружается в воду и обычно устанавливается в вертикальном положении. Тепло, выделяемое двигателем, передается непосредственно окружающей перекачиваемой жидкости. Его отличительной чертой является корпус двигателя, который смачивается снаружи (см.0052 Погружной насос ). Внутреннее смачивание и глубина погружения отличают заполненные маслом или воздухом погружные двигатели для малой и средней глубины погружения (насосы для сточных вод) от полностью погружных двигателей.

См. рис. 3, 4 Насос для сточных вод

Полностью погружные двигатели смачиваются перекачиваемой жидкостью как внутри, так и снаружи. Они рассчитаны на любую глубину погружения и в первую очередь используются в скважинах (см.