Электродвигатель с фазным ротором

Принцип работы АД (асинхронного двигателя) с фазным ротором

Асинхронный двигатель (АД) с фазным ротором представляет собой многофункциональную силовую установку, которая поддерживает регулировку с помощью внесения в роторную цепь добавочных сопротивлений. От классических моделей с короткозамкнутым ротором агрегат отличается более высоким пусковым моментом и низким пусковым током. Классификация устройств осуществляется с учетом их свойств и конструкции.

• Общая информация
• Технические характеристики
• Устройство и конструкция
• Принцип работы
• Плюсы и минусы
• Сферы применения

Главными постоянными являются статор и ротор. Статор представляет собой цилиндр, состав –листы электротехнической стали, в цилиндр уложена трёхфазная обмотка. Она состоит из обмоточной проволоки. Которые соединены между собой в виде звезды или треугольника в зависимости от напряжения.

Ротор – основная вращающаяся часть двигателей. Он в зависимости от расположения может быть внешним, внутренним. Данный элемент состоит из стальных листов. Пазы сердечника наполнены алюминием, который имеет стержни, содержащие торцевые кольца. Они могут быть латунными или стальными, каждое из них изолировано слоем лака. Между трёхфазным статором и ротором образуется зазор. Регулирование размер зазора от 0,30 –0,34 мм в устройствах с небольшим напряжением, 1,0–1,6 мм в устройствах с большим постоянным электрическим напряжением. Конструкция имеет название беличья клетка. Для мощных двигателей используется медь в сердечнике. Контактор начинает действие, двигатель заводится.

Существует добавочный резистор в цепи обмотки вращающей части машины, крепится с помощью металлографитных щеток. Щетки обычно используются две, расположены на щеткодержателе. В приводах кранах и центрифугах для регулирования роботы применяется конический подвижный ротор. Асинхронные двигатели с фазным ротором незаменимы при технических требованиях мощного пускового момента. Это могут быть такие механизмы, как кран, мельница, лифт.

Схема переключения электрической цепи со звезды на треугольник

Подключение асинхронного электродвигателя

Электродвигатель асинхронный трехфазный и схема подключения зависят от ваших потребностей. Наиболее распространенным вариантом является схема прямого включения, для двигателей, подключенных схемой «треугольника», возможна схема включения на «звезде» с переходом на «треугольник», при необходимости возможен вариант реверсивного включения.

В нашей статье мы рассмотрим наиболее популярные схемы прямого включения и прямого включения с возможностью реверса.

Схема прямого включения асинхронного электродвигателя

В предыдущих главах мы подключили обмотки двигателя, и вот теперь пришло время включения его в сеть. Двигатели должны включаться в сеть при помощи магнитного пускателя, который обеспечивает надежное и одновременное включение всех трех фаз электродвигателя.

Пускатель в свою очередь управляется кнопочным постом – те самые кнопки «Пуск» и «Стоп» в одном корпусе.

Обратите внимание! Вместо автомата вполне возможно применение предохранителей. Только их номинальный ток должен соответствовать номинальному току двигателя. А также должен учитывать пусковой ток, который у разных типов двигателей колеблется от 6 до 10 крат от номинального.

1. Теперь приступаем непосредственно к подключению. Его условно можно разделить на два этапа. Первый это подключение силовой части, и второй — подключение вторичных цепей. Силовые цепи – это цепи, которые обеспечивают связь двигателя с источником электрической энергии. Вторичные цепи необходимы для удобства управления двигателем.
2. Для подключения силовых цепей нам достаточно подключить вывода двигателя с первыми выводами пускателя, выводы пускателя с выводами автоматического выключателя, а сам автомат с источником электрической энергии.

Обратите внимание! Подключение фазных выводов к контактам пускателя и автомата не имеют значения. Если после первого пуска мы определим, что вращение неправильное, мы сможем легко его изменить. Цепь заземления двигателя подключается помимо всех коммутационных аппаратов.

Теперь рассмотрим более сложную схему вторичных цепей. Для этого нам, прежде всего, как на видео, следует определиться с номинальными параметрами катушки пускателя. Она может быть на напряжение 220В или 380В.

• Так же следует разобраться с таким элементом, как блок-контакты пускателя. Данный элемент имеется практически на всех типах пускателей, а в некоторых случаях он может приобретаться отдельно с последующим монтажом на корпус пускателя.

• Эти блок-контакты содержат набор контактов – нормально закрытых и нормально открытых. Сразу предупредим – не пугайтесь в этом нет нечего сложного. Нормально закрытым называется контакт, который при отключенном положении пускателя – замкнут. Соответственно нормально открытый контакт в этот момент разомкнут.
• При включении пускателя нормально закрытые контакты размыкаются, а нормально открытые контакты замыкаются. Если мы говорим за электродвигатель трехфазный асинхронный и подключение его к электрической сети, то нам необходим нормально открытый контакт.

• Такие контакты есть и на кнопочном посту. Кнопка «Стоп» имеет нормально закрытый контакт, а кнопка «Пуск» нормально открытый. Сначала подключаем кнопку «Стоп».
• Для этого соединяем один провод с контактами пускателя между автоматическим выключателем и пускателем. Его подключаем к одному из контактов кнопки «Стоп». От второго контакта кнопки должно отходить сразу два провода. Один идет к контакту кнопки «Пуск», второй к блок-контактам пускателя.

• От кнопки «Пуск» прокладываем провод к катушке пускателя, туда же подключаем провод от блок-контактов пускателя. Второй конец катушки пускателя подключаем либо ко второму фазному проводу на силовых контактах пускателя, при использовании катушки на 380В, либо он подключается к нулевому проводу, при использовании катушки на 220В.
• Все, наша схема прямого включения асинхронного двигателя готова к использованию. После первого включения проверяем направление вращения двигателя и если вращение неправильное, то просто меняем местами два силовых провода на выводах пускателя.

Схема реверсивного включения электродвигателя

Распространенным вариантом подключения асинхронного электродвигателя является вариант с использованием реверса. Такой режим может потребоваться в случаях, когда необходимо изменять направление вращения двигателя в процессе эксплуатации.

• Для создания такой схемы нам потребуются два пускателя из-за чего цена такого подключения несколько возрастает. Один будет включать двигатель в работу в одну сторону, а второй в другую. Тут очень важным моментом является недопустимость одновременного включения обоих пускателей. Поэтому нам необходимо во вторичной схеме предусмотреть блокировку от таких включений.
• Но сначала давайте подключим силовую часть. Для этого, как и приведенном выше варианте, подключаем от автомата пускатель, а от пускателя — двигатель.
• Единственным отличием будет подключение еще одного пускателя. Его подключаем к вводам первого пускателя. При этом важным моментом будет поменять местами две фазы, как на фото.

• Вывода второго пускателя просто подключаем к выводам первого. Причем здесь уже ничего не меняем местами.
• Ну, а теперь, переходим к подключению вторичной схемы. Начинается все опять с кнопки «Стоп». Ее подключаем к одному из приходящих контактов пускателя – неважно первого или второго. От кнопки «Стоп» у нас вновь идут два провода. Но теперь один к контакту 1 кнопки «Вперед», а второй к контакту 1 кнопки «Назад».

• Дальнейшее подключение приводим по кнопке «Вперед» — по кнопке «Назад» оно идентично. К контакту 1 кнопки «Вперед» подключаем контакт нормально открытого контакта блок-контактов пускателя. Каламбур, но точнее не скажешь. К контакту 2 кнопки «Вперед» подключаем провод от второго контакта блок-контактов пускателя.
• Туда же подключаем провод, который пойдет к нормально закрытому контакту блок-контактов пускателя номер два. А уже от этого блок-контакта он подключается к катушке пускателя номер 1. Второй конец катушки подключается к фазному или нулевому проводу в зависимости от класса напряжения.
• Подключение катушки второго пускателя производится идентично, только ее мы подводим к блок-контактам первого пускателя. Именно это обеспечивает блокировку от включения одного пускателя, при подтянутом положении второго.

Однофазные электродвигатели

Асинхронные двигатели переменного тока имеют одну рабочую обмотку. При протекании синусоидального напряжения по обмотке статора создается пульсирующее магнитное поле, изменяющееся по величине, но неподвижное в пространстве.

Основная проблема возникает при пуске двигателя.

В теории возможно запустить его, физически воздействуя на вал и задав вращение в любую сторону. На практике же выделяют 4 способа пуска однофазного двигателя:

Электродвигатель CSIR с пуском с помощью конденсатора, работа через обмотку.

Наиболее многочисленная группа однофазных электродвигателей, ограничена мощностью 1,1 кВт. Конденсатор последовательно соединён с пусковой обмоткой, он создаёт отставание между пусковой и главной обмотками.
Это способствует сдвигу фаз пусковой и рабочей обмотки, образуя появление вращающегося поля, влияя на возникновение вращающего момента. При достижении рабочей частоты вращения открывается пускатель, и двигатель продолжает работать в обычном режиме.

Электродвигатель CSCR с пуском через конденсатор, работа через конденсатор.

Двигатели CSCR работают с постоянно подключённым конденсатором к пусковой обмотке и подключаемым при включении пусковым конденсатором. Являются лучшим вариантом для работы в сложных условиях. Конденсатор последовательно соединён с пусковой обмоткой, что обеспечивает высокий пусковой момент.
Электродвигатели CSCR – это самые мощные однофазные двигатели, их мощность достигает 11 кВт.
Могут использоваться для работы с низким током нагрузки и при более высоком КПД, что даёт преимущества: в частности, обеспечивает работу двигателя с меньшими скачками температур по сравнению с другими однофазными электродвигателями.

Электродвигатель RSIR с пуском через сопротивление, работа через обмотку.

Этот тип двигателей ещё называют: «электродвигатель с расщеплённой фазой». Имеют ограничение по мощности до 0,25 кВт.
Наиболее дешёвый вариант однофазных электродвигателей.
Пусковое устройство двигателя RSIR имеет две обмотки статора, одна из которых используется только для пуска, диаметр этой обмотки меньше, что увеличивает сопротивление. Это создаёт отставание вращающегося поля, что приводит двигатель в движение.
Электронный пускатель отсоединяет пусковую обмотку при достижении приблизительно 75% от номинального значения. После чего двигатель продолжает работу в обычном режиме.

Примечание: данный тип электродвигателя имеет высокие пусковые токи от 700 до 1000% от номинального значения тока.
Продолжительный пуск может быть губительным для обмотки вследствие перегрева двигателя. Это означает, что их нельзя использовать там, где нужен большой пусковой момент.

Электродвигатель PSC с постоянным разделением ёмкости.

Данный электродвигатель оснащён постоянно включённым конденсатором, последовательно соединённым с пусковой обмоткой. Двигатель PSC не имеет конденсатора, который используется только для пуска. «Пусковая» обмотка становится вспомогательной в момент, когда двигатель достигает рабочей частоты вращения.
Наиболее подходят для областей применения с продолжительным рабочим циклом.
Есть ограничение по мощности – 2,2 кВт.

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).

Разновидности крановых электродвигателей

В виду использования различных принципов для вращения ротора в электродвигателе, многие из них нашли широкое применение в эксплуатации крановых установок. Среди электродвигателей общепромышленного назначения выделяют машины переменного и постоянного тока, асинхронные двигатели, как с фазными, так и с короткозамкнутым ротором. Далее рассмотрим каждый из типов, применяемых для кранового оборудования.

Переменного тока

Для отечественных кранов используются асинхронные электрические машины переменного тока. Отличительной особенностью таких установок являются хорошие тяговые характеристики, а вот к недостаткам относится необходимость подключения сразу трех фаз и большие пусковые токи. Большинство моделей изготавливаются на стандартную частоту сети в 50Гц, такие варианты способны постоянно переносить перегрузки в 10 – 15%.

Рис. 1. Пример электродвигателя переменного тока

Наиболее распространенными моделями в сети переменного тока являются электродвигатели MTF и MTKF, которые имеют фазный и короткозамкнутый ротор соответственно. А в металлургическом производстве модельный ряд составляют электрические машины MTH и MTKH с теми же конструктивными особенностями. На практике для питания и одних, и других может применяться переменное напряжение с частотой в 50 и 60Гц. Возможность вращения ротора для них колеблется в пределах от 600 до 1000 об/мин для питающей электрической величины частотой 50Гц. Или от 700 до 1200 на частотах 60Гц. Электроприводы механизмов в большинстве случаев может иметь сразу несколько скоростей.

Постоянного тока

Электродвигателями постоянного тока комплектуются такие крановые установки, которым требуется производить частые включения в течении часа или всей рабочей смены. Помимо этого они позволяют регулировать частотный диапазон в достаточно широком диапазоне. Разумеется, что в наше время трехфазные асинхронные машины могут приближаться к моторам постоянного тока за счет внедрения систем частотного преобразования. Регулирование выполняется за счет либо ослабления магнитного поля статора или повышения напряжения обмоток ротора.

Рис. 2. Пример двигателя постоянного тока

Конструктивно выпускаются на мощность от 2 до 190кВт, в зависимости от величины питающего напряжения группы обмоток возбуждения могут иметь последовательное или параллельное соединение. В данном типе крановых электродвигателях управление производится за счет изменения токов в обмотке возбуждения.

Краново-металлургические асинхронные электродвигатели серии 4МТ

Металлургическая промышленность характеризуется значительными объемами перемещаемых материалов и удельным весом металла. Поэтому крановые электродвигатели серии МТ должны обеспечивать заявленную мощность, несмотря на частоту вращения. Ярмо электрической машины изготавливается с четырьмя или восьмью полюсами для передачи магнитного потока, материалом для магнитопровода служит холоднокатаная сталь. Для изоляции крановых электродвигателей в качестве диэлектрика применяются полимерные пленки, пропитанные ткани или бумага.

Рис. 3. Краново-металлургические электродвигатели

В электроприводах металлургических кранов на этапе изготовления закладывается большая надежность – до 0,98, в то время, как все остальные могут иметь коэффициент 0,96. Срок эксплуатации, заявленный изготовителем также должен быть не ниже 20 лет.

С фазным ротором

Крановые электродвигатели с фазным ротором отличаются наличием отдельной обмотки на вращающейся части. Электроснабжение роторной катушки осуществляется за счет коллекторного узла, который производит токосъем и отбор мощности через скользящий контакт. Однако щеточный механизм в них — это наиболее изнашиваемым элемент, после истирания графитовых контактов они подлежат замене.

Рис. 4. Конструкция электродвигателя с фазным ротором

Данный тип трехфазных асинхронных электрических машин отличается плавным пуском и большой нагрузочной способностью. За счет чего их устанавливают на краны среднего и тяжелого типа, перемещающие тяжеловесные грузы. Позволяют регулировать усилие момента на валу в трех и четырехшаговом режиме, пропорционально повышая мощность воздействия.

С короткозамкнутым ротором

Конструктивно вращающаяся часть представляет собой стальную конструкцию литого или наборного типа. В отличии от предыдущего варианта крановые электродвигатели с короткозамкнутым ротором отличаются меньшей массой и меньшей себестоимостью. Однако главным недостатком является малый момент, создаваемый на валу, а это, в свою очередь, приводит к дефициту усилия. Поэтому моторы с короткозамкнутым ротором устанавливаются на маломощные крановые установки, предназначенные для перемещения грузов небольшой массы с малой скоростью.

Рис. 5. Электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Технические характеристики

Как и любые электроустановки, электрические машины выпускаются в соответствии с требованиями и условиями, в которых их будут эксплуатировать. При выборе конкретной модели кранового электродвигателя руководствуются его параметрами. К основным характеристикам относятся:

• Потребляемая мощность – характеризует объем расходуемой электрической энергии, необходимой для работы электродвигателя. Может выражаться в киловаттах или кило вольт-амперах.
• КПД – показывает соотношение полезной работы, совершенной электрической машиной по отношению к потребленной из сети электроэнергии. В крановых установках этот параметр может варьироваться от 60 до 90%.
• Частота вращения – показывает количество оборотов вала, которые тот может совершать за единицу времени. Как правило, используется величина из расчета на одну минуту. Для каждой модели обороты могут изменяться, поэтому параметр будет иметь диапазонное значение.
• Мощность на валу – определяет усилие, создаваемое крановым электродвигателем непосредственно на рабочем органе.
• Номинальное рабочее напряжение – обозначает разность потенциалов, которая должна подаваться на ввод электрической машины для приведения ее в движение.
• Масса и габаритные размеры – физические параметры, необходимые для установки в общую конструкцию крана.
• Степень пыле- влагозащищенности — обозначается латинскими буквами IP и двумя цифрами, указывающими на возможность проникновения частиц внутрь корпуса.

Конструкция

Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором включает 2 главные детали — статор и ротор. Ротор представляет собой движущуюся часть, а статор — фиксированную. Между ними есть воздух.

Устройство асинхронного электромотора

Конструкция статора включает шихтованный магнитный провод, который запрессован в литую станину. Внутри провода есть пазы, предназначенные для вложения проводников намотки. Они представляют собой стороны мягких катушек с большим количеством витков.

К сведению! Эти катушки создают 3 фазы обмотки статора, поэтому АД называют 3-фазным. Оси катушек находятся под углом 120° относительно друг друга.

Контачат фазы обмотки разными схемами: «звездой» и «треугольником». Выбор схемы зависит от напряжения в электросети. При значении 220 В в спецификациях асинхронного электромотора используется схема «треугольник», при 220/380 В — «звезда».

Ротор является цилиндром, сложенным из круглых листов электротехнической стали. Стопка этих листов насаживается на вал. Есть 2 типа роторов, различающиеся по разновидности обмотки: фазные и короткозамкнутые. Именно фазные используются в мощных асинхронных электрических движках.

Применение

На сегодняшний день, большая часть двигателей, выпускаемых в промышленных масштабах, относится к асинхронной разновидности.

Благодаря ряду преимуществ, которыми обладают машины с фазными роторами, они широко используются в разных сферах человеческой деятельности, в том числе для поддержания работы:

1. Устройств автоматики и приборов из телемеханической области.
2. Бытовых приборов.
3. Медицинского оборудования.
4. Оборудования, предназначенного для осуществления аудиозаписи.