Что такое фазный ротор

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Что такое фазный ротор

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: виток с током в магнитном поле. Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Что такое фазный ротор

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.

Что такое фазный ротор

Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Другие статьи про асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором на Электрик Инфо:

Фазный ротор

Что такое фазный ротор

Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

Читайте также:  Станки автоматы и полуавтоматы

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется промышленный частотный преобразователь.

Что такое фазный ротор

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

Что такое фазный ротор

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.

Что такое фазный ротор

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.

Читайте также:  Манометры для измерения высокого давления

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.

Что такое фазный ротор

Асинхронный двигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую. Конструкция состоит из нескольких частей, но сегодня мы рассмотрим только подвижную часть электродвигателя – ротор. Также мы уделим внимание тому, как устроен ротор асинхронного двигателя с фазным ротором.

Конструкция ротора

Чаще всего устройство ротора асинхронного двигателя выглядит так: ротор — это стальной вал, на который напрессованы пластины холоднокатанной анизотропной электротехнической стали. Ротор выполняется пластинами, которые изолированы между собой слоем оксидной пленки. Это необходимо для уменьшения вихревых токов, которые влияют на КПД двигателя.

Виды обмоток ротора асинхронного двигателя

Далее мы разберем еще один момент. Нам предстоит выяснить то, какими бывают обмотки ротора асинхронного двигателя, для чего они нужны, разновидности, конструктивные особенности, а также методы укладки. Существует 2 типа обмотки ротора: короткозамкнутый и фазный ротор. Короткозамкнутый ротор встречается чаще, он более дешевый в исполнении, чем фазный.

Двигатели с таким ротором требуют меньше обслуживания, чем с фазным ротором. Фазный ротор применяется реже, он немного дороже в исполнении, а также из-за наличия контактных колец требует более частого обслуживания. Далее станет ясно, для чего инженеры внедрили эту конструкцию. Теперь поговорим конкретнее о каждом роторе.

Короткозамкнутый ротор

Что такое фазный ротор

На роторе асинхронного электродвигателя имеются обмотки, которые залиты или запаяны в пазы. Для машин низкой и средней мощности обычно материалом обмоток является алюминий, а для более мощных – медь. Это необходимо для создания электромагнита, который будет как бы тянуться вслед за вращающимся магнитным потоком. Ротор под воздействием вращающегося в пространстве магнитного поля намагничивается.

Читайте также:  Изготовление индукционной печи своими руками

Вот так и получается, что ротор имеет свое магнитное поле, которое как бы тянется вслед за вращающемся магнитным полем, расположенным в статоре. Такая конструкция обмоток ротора называется «беличья клетка». Беличья клетка контактирует напрямую с ротором, и на ней, подобно трансформатору, индуцируется магнитное поле, и, соответственно, некая электродвижущая сила. Несмотря на это, напряжение равно нулю. Ток ротора асинхронного двигателя меняется в зависимости от механической нагрузки на вал. Чем выше нагрузка, тем выше ток, протекающий в обмотках ротора.

Фазный ротор

Что такое фазный ротор

Основная часть конструкции устроена подобно короткозамкнутому ротору. Все тот же стальной вал, на который напрессованы пластины электротехнической стали с пазами. Особенностью ротора асинхронного двигателя с фазным ротором является наличие в пазах не залитой или впаянной обмотки, а уложенной, как в статоре, обычной медной обмотки. Эти обмотки соединены между собой звездой.

То есть все концы — в одну скрутку, а оставшиеся 3 конца выводятся к контактным кольцам. Фазный ротор изготавливается для ограничения пускового тока. К контактным кольцам присоединены меднографитовые щетки, которые скользят по ним. Затем от щеток выводятся обычно контакты в клейменную коробку, где пусковой ток регулируется или реостатом, или жидким реостатом путем изменения глубины погружения электродов в электролит.

Как уже сказано, эта мера позволяет ограничить пусковой ток. Современные электродвигатели для уменьшения износа щеток оснащены конструкцией, которая после пуска откидывает щетки и коротко замыкает между собой все обмотки. По остановке двигателя щетки возвращаются на свое место.

Что такое фазный ротор

Особенности обслуживания привода с фазным ротором

Что такое фазный ротор

Обслуживание ротора асинхронного двигателя с фазным ротором представляет из себя регулярный осмотр щеток, контактных колец, проверку состояния или уровня жидкости в реостате. Также стоит осмотреть погружаемые электроды. По результатам осмотра ротора асинхронного двигателя с фазным ротором при необходимости щетки подлежат замене, но мастера еще сразу советуют протереть ветошью контактные кольца и полость, где расположены кольца. Так как абразив электропроводен, это создает опасность неправильной работы или даже короткого замыкания.

В случае износа контактных колец их заменяют. Если кольца износились слишком быстро, то это значит то, что щетки используются не из того материала. Также на них могут быть раковины, но их демонтируют, и затем стачивают в несколько проходов, чтобы поверхность, прилегающая к щеткам, была гладкой. Эту работу выполняют на токарном станке для сохранения соосности.

Скорость вращения

Что такое фазный ротор

Частоту вращения ротора асинхронного двигателя задает количество полюсных пар, ног она не более 3000 при включении непосредственно в нашу сеть. Это обусловлено частотой сети 50 Гц. Именно с такой скоростью вращается магнитный поток в статоре электродвигателя. Ротор за ним чуть запаздывает, собственно поэтому двигатель и асинхронный. Запаздывание обусловлено конструктивно и устанавливается отдельно для каждого двигателя.

При 1 полюсной паре скорость вращения магнитного поля составит 3000 об/мин, при 2 полюсных парах — 1500 об/мин, при 4 — 750 об/мин. При необходимости увеличить или регулировать число оборотов в минуту без внесения значительных изменений, в конструкцию устанавливают частотный преобразователь. На выходе из частотного преобразователя может быть частота и 100, и 200 Гц. Для того, чтобы найти скорость, следует воспользоваться формулой (60*50) /1 =3000, где:

• 1 – количество полюсных пар;

• 3000 – обороты в минуту магнитного поля при данной частоте.

Предположим, что мы можем регулировать частоту некоторого двигателя, и подняли ее до 75 Гц. Воспользуемся формулой, чтобы найти скорость вращения: 1/ (60*75) = 4500 оборотов в минуту. Теперь мы разобрали то, что частота вращения ротора асинхронного двигателя не зависит от самого ротора, а зависит от количества полюсных пар.

В заключение хотим сказать, что в бытовом исполнении электрические машины с фазным ротором практически не встречаются. Эти машины предназначены для промышленного использования в местах, где нежелательна просадка напряжения. Также это применимо для огромных машин, пусковой ток которых может быть и в 20 раз больше номинального. Установка таких машин подразумевает экономию ресурсов и средств при монтаже. На скорость вращения не влияет то, какой ротор в асинхронном двигателе: с фазным или короткозамкнутым ротором.