Асинхронный двигатель с фазным ротором конструкция

Асинхронный двигатель с фазным ротором конструкция

Асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 258 и 259) применяют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой (краны, лифты и пр.). В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата (см. § 80).

В двигателе с фазным ротором статор выполнен так же, как и в двигателе с короткозамкнутым ротором. На роторе же расположена трехфазная обмотка, состоящая из трех, шести, девяти и т. д. катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна относительно другой на 120° (в двухполюсной машине), 60° (в четырехполюсной) и т. д. Числа полюсов обмоток статора и ротора берутся одинаковыми.

Рис. 258. Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — контактные кольца со щетками; 4 — пусковой реостат

Рис. 259. Основные конструктивные узлы асинхронного двигателя с фазным ротором: 1 — приспособление для подъема щеток; 2, 12 —- подшипниковые щиты; 3 — щеткодержатели; 4 — траверса; 5 — обмотка статора; 6 — остов; 7 — сердечник статора; 8 — коробка с выводами; 9 — сердечник ротора; 10 — обмотка ротора; 11 — контактные кольца

Обмотку фазного ротора обычно соединяют «звездой». Концы ее присоединяют к трем контактным кольцам, к которым посредством щеток подключают трехфазный пусковой реостат, т. е. в каждую фазу ротора в момент пуска вводят дополнительное активное сопротивление.

Для уменьшения износа контактных колец и щеток двигатели с фазным ротором иногда снабжают приспособлениями 1 (см. рис. 259) для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата.

§78. Режимы работы асинхронных двигателей

Режимы работы асинхронных двигателей. Холостой ход. Если пренебречь трением и магнитными потерями в стали (идеализированная машина), то ротор асинхронного двигателя при холостом ходе вращался бы с синхронной частотой n=n1 в ту же сторону, что и поле статора; следовательно, скольжение было бы равно нулю. Однако в реальной машине частота вращения ротора n при холостом ходе никогда не может стать равной частоте вращения n1, так как в этом случае магнитное поле перестанет пересекать проводники обмотки ротора и в них не возникнет электрический ток. Поэтому двигатель в этом режиме не может развить вращающего момента и ротор его под влиянием противодействующего момента сил трения начнет замедляться. Замедление ротора будет происходить до тех пор, пока вращающий момент, возникший при уменьшенной частоте вращения, не станет равным моменту, создаваемому силами трения. Обычно при холостом ходе двигатель работает со скольжением s = 0,2-0,5 %.

При холостом ходе в асинхронном двигателе имеют место те же электромагнитные процессы, что и в трансформаторе (обмотка статора аналогична первичной обмотке трансформатора, а обмотка ротора—вторичной обмотке). По обмотке статора проходит ток холостого хода I, однако его значение в асинхронном двигателе из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20—40 % номинального тока по сравнению с 3—10 % у трансформатора). Для уменьшения тока I в асинхронных двигателях стремятся выполнить минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры. Например, у двигателя мощностью 5 кВт зазор между статором и ротором обычно равен 0,2—0,3 мм. Ток холостого хода, так же как и в трансформаторе, имеет реактивную и активную составляющие. Реактивная составляющая тока холостого хода (намагничивающий ток) обеспечивает создание в двигателе требуемого магнитного потока, а активная составляющая — передачу в обмотку статора из сети энергии, необходимой для компенсации потерь мощности в машине в этом режиме.

Нагрузочный режим. Чем больше нагрузочный момент на валу, тем больше скольжение и тем меньше частота вращения ротора. Увеличение скольжения при возрастании момента объясняется

Рис. 260. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

следующим образом. При увеличении нагрузки на валу ротора он начинает тормозиться и частота его вращения т уменьшается. Но одновременно увеличивается частота n1— n персечения вращающимся полем проводников обмотки ротора, а следовательно, э. д. с. Е2, индуцированная в этой обмотке, ток в роторе I2 и образованный им электромагнитный вращающий момент М. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока электромагнитный момент двигателя M не сравняется с нагрузочным моментом Мвн. При достижении равенства моментов М = Мвн торможение прекратится и двигатель будет снова вращаться с постоянной частотой вращения, но меньшей, чем до увеличения нагрузки. При уменьшении нагрузочного момента Мвн частота вращения ротора по той же причине будет увеличиваться. Обычно при номинальной нагрузке скольжение для двигателей средней и большой мощности составляет 2—4 %, а для двигателей малой мощности от 5 до 7,5 %.

При работе двигателя под нагрузкой по обмоткам его статора и ротора проходят токи i1 и i2. Частота тока в обмотках статора f1 и ротора f2 определяется частотой пересечения вращающимся магнитным полем проводников соответствующей обмотки. Обмотка статора пересекается магнитным полем с частотой n1, а обмотка вращающегося ротора — с частотой n1 — n. Следовательно,

Передача электрической энергии из статора в ротор происходит так же, как и в трансформаторе. Двигатель потребляет из сети электрическую мощность Pэл = 3U1I1cos?1 и отдает приводимому им во вращение механизму механическую мощность Рмх (рис. 260). В процессе преобразования энергии в машине имеют место потери мощности: электрические в обмотках статора ?Рэл1 и ротора ?Рэл2, магнитные ?Рм от гистерезиса и вихревых токов в ферромагнитных частях машины и механические ?Рмх от трения в подшипниках и вращающихся частей о воздух. Из статора в ротор вращающимся электромагнитным полем передается электромагнитная мощность Pэм роторе она превращается в механическую мощность ротора Р’мх. Полезная механическая мощность на валу двигателя Pмх меньше мощности Р’мх на значение потерь мощности на трение ?Рмх.

Читайте также:  Как оформить торец шкафа

При возрастании механической нагрузки на валу двигателя увеличивается ток I2. В соответствии с этим возрастает и ток I1 в обмотке статора. Электромагнитный момент М создается в асинхронном двигателе в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля с током I2, индуцируемым им в проводниках обмотки статора. Однако в создании его участвует не весь ток I2, а только его активная составляющая I2cos?2 (здесь ?2 — угол сдвига фаз между током I2 и э. д. с. Е2 в обмотке ротора). Поэтому

Фт — амплитуда магнитного потока, созданного обмоткой статора;

cм — постоянная, определяемая конструктивными параметрами данной машины и не зависящая от режима ее работы.

Поясним физический смысл формулы (84). На рис. 261 изображен ротор двухполюсного асинхронного двигателя в развернутом виде, на котором кружками показаны поперечные сечения проводников. Крестики и точки внутри проводников обозначают направление в них тока i2, а под проводниками — направление индуцированных э. д. с. e2, которые пропорциональны индукции В в данной точке воздушного зазора между статором и ротором. Кривая В показывает распределение вдоль окружности ротора индукции, создаваемой вращающимся магнитным полем, кривая i2 — распределение тока в проводниках, а кривая f — распределение электромагнитных сил, возникающих в результате взаимодействия тока (а с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный вращающий момент М, создаваемый в результате совместного действия всех сил f, будет пропорционален среднему значению электромагнитной силы fср. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, равной 180° — ?2, приложены силы f, увлекающие ротор за вращающимся магнитным полем, а на дуге ?2 — тормозящие силы. Поэтому при неизменном токе I2 среднее значение электромагнитной силы fср, а следовательно, и электромагнитный момент М будут тем больше, чем меньше угол ?2. Электромагнитный момент М зависит от скольжения s.

Рис. 261. Распределение индукции В, тока i2 и электромагнитных сил f, действующих на проводники асинхронного двигателя

Так, при увеличении скольжения возрастает э. д. с. Е2 в обмотке ротора и ток I2. Однако одновременно уменьшается cos?2, так как активное сопротивление обмотки ротора R2 остается неизменным, а реактивное Х2 увеличивается (возрастает частота тока f2 в обмотке ротора).

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Достоинства асинхронных электродвигателей

Широкое распространение трехфазных асинхронных двигателей объясняется простотой их конструкции, надежностью в работе, хорошими эксплуатационными свойствами, невысокой стоимостью и простотой в обслуживании.

Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором

Основными частями любого асинхронного двигателя является неподвижная часть – статор и вращающая часть, называемая ротором.

Статор трехфазного асинхронного двигателя состоит из шихтованного магнитопровода, запрессованного в литую станину. На внутренней поверхности магнитопровода имеются пазы для укладки проводников обмотки. Эти проводники являются сторонами многовитковых мягких катушек, образующих три фазы обмотки статора. Геометрические оси катушек сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки можно соединить по схеме »звезда» или "треугольник" в зависимости от напряжения сети. Например, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В, то при напряжении сети 380 В фазы соединяют "звездой". Если же напряжение сети 220 В, то обмотки соединяют в "треугольник". В обоих случаях фазное напряжение двигателя равно 220 В.

Ротор трехфазного асинхронного двигателя представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали и насаженный на вал. В зависимости от типа обмотки роторы трехфазных асинхронных двигателей делятся на короткозамкнутые и фазные.

В асинхронных электродвигателях большей мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств применяются фазные роторы. В этих случаях на роторе укладывается трехфазная обмотка с геометрическими осями фазных катушек (1), сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и концы их присоединяются к трем контактным кольцам (3), насаженным на вал (2) и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. С помощью щеток (4), находящихся в скользящем контакте с кольцами (3), имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты (5).

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет лучшие пусковые и регулировочные свойства, однако ему присущи большие масса, размеры и стоимость, чем асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором.

Читайте также:  Мангальный комплекс с крышей

Принцип работы асинхронных электродвигателей

Принцип работы асинхронной машины основан на использовании вращающегося магнитного поля. При подключении к сети трехфазной обмотки статора создается вращающееся магнитное поле, угловая скорость которого определяется частотой сети f и числом пар полюсов обмотки p, т. е. ω1=2πf/p

Пересекая проводники обмотки статора и ротора, это поле индуктирует в обмотках ЭДС (согласно закону электромагнитной индукции). При замкнутой обмотке ротора ее ЭДС наводит в цепи ротора ток. В результате взаимодействия тока с результирующим малнитным полем создается электромагнитный момент. Если этот момент превышает момент сопротивления на валу двигателя, вал начинает вращаться и приводить в движение рабочий механизм. Обычно угловая скорость ротора ω2 не равна угловой скорости магнитного поля ω1, называемой синхронной. Отсюда и название двигателя асинхронный, т. е. несинхронный.

Работа асинхронной машины характеризуется скольжением s, которое представляет собой относительную разность угловых скоростей поля ω1 и ротора ω2: s=(ω1-ω2)/ω1

Значение и знак скольжения, зависящие от угловой скорости ротора относительно магнитного поля, определяют режим работы асинхронной машины. Так, в режиме идеального холостого хода ротор и магнитное поле вращаются с одинаковой частотой в одном направлении, скольжение s=0, ротор неподвижен относительно вращающегося магнитного пол, ЭДС в его обмотке не индуктируется, ток ротора и электромагнитный момент машины равны нулю. При пуске ротор в первый момент времени неподвижен: ω2=0, s=1. В общем случае скольжение в двигательном режиме изменяется от s=1 при пуске до s=0 в режиме идеального холостого хода.

При вращении ротора со скоростью ω2>ω1 в направлении вращения магнитного поля скольжение становится отрицательным. Машина переходит в генераторный режим и развивает тормозной момент. При вращении ротора в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поли (s>1), асинхронная машина переходит в режим противовключения и также развивает тормозной момент. Таким образом, в зависимости от скольжения различают двигательный (s=1÷0), генераторный (s=0÷-∞) режимы и режим противовключення (s=1÷+∞). Режимы генераторный и противовключения используют для торможения асинхронных двигателей.

Автоматизация процессов в современном обществе повсеместно заменяет труд человека, как в простейших повседневных делах, так и в сложных производственных процессах. Для привода различных грузоподъемных механизмов применяются электродвигатели, которые полностью исключают физический труд по перемещению. В отличии от классических электрических машин крановые электродвигатели обладают рядом отличительных особенностей.

Особенности и назначение

Под крановыми электродвигателями следует понимать такие электроприводные агрегаты, которые осуществляют перемещение различных механизмов крановых установок. При рассмотрении грузоподъемных кранов, как компонентного механизма, состоящего из различных составных элементов, назначение крановых электрических машин имеет несколько направлений:

  • Перемещение самой крановой установки по рельсам;
  • Перемещение крановых установок в вертикальной плоскости;
  • Поворот крановых элементов;
  • Движение грузоподъемных механизмов для перемещения крюка.

Все манипуляции с грузом выполняются за краткосрочный период, поэтому работа кранового электродвигателя должна производиться в повторно-кратковременных режимах, при этом существенно изменяется диапазон частоты вращения. Из-за этого продолжительных усилий им совершать не приходится, но агрегат претерпевает кратковременные нагрузки и воздействия пусковых токов. Помимо стандартных ситуаций обмотки могут подвергаться перегрузкам и перегреву, поэтому приводы механизмов изготавливаются со следующими особенностями:

  • В большинстве случаев это электрические машины закрытого типа, наружный кожух позволяет защищать их от механических воздействий в процессе эксплуатации. Для металлургических агрегатов могут делаться исключения, так как из-за повышенной температуры возникает необходимость вентиляции обмоток.
  • Общепромышленные электродвигатели имеют улучшенную изоляцию по параметрам устойчивости к высоким температурам, как правило, классов F и H. Что позволяет сохранять уровень сопротивления изоляции при ее нагревании.
  • Относительно небольшая инерционность вала, что обеспечивает снижение потерь электрической энергии во время переходных процессов на рабочих частотах.
  • Магнитная система обладает хорошей проводимостью, что создает мощный поток, способный преодолевать серьезные нагрузочные усилия.
  • Допускается высокий уровень перегрузки относительно номинального значения рабочих токов. Коэффициент может достигать от 2 до 5, что считается нормальным режимом для кранового электродвигателя.
  • Большой разброс частот вращения между минимальным и максимальным режимами.

Некоторые требования для крановых электродвигателей могут упраздняться в виду особенностей рабочих режимов и техпроцессов. А некоторые виды специализации будут продиктованы типом и конструкцией мотора.

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.

Читайте также:  Прибор учета электроэнергии работает в режиме реверса

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.

Производители

Отечественный рынок крановых электродвигателей представляет довольно большой спектр предприятий, функционирующих на постсоветском пространстве, которые специализируются на выпуске электрических машин для сетей 220/380В с частотой 50Гц и прочих установок.

Среди наиболее известных следует выделить:

  • Завод крупных электрических машин – специализируется на производстве приводов различной конструкции и принципа действия, выпускает около 100 типов моторов.
  • Сибэлектролмотор – выпускает электродвигатели серии крановых машин асинхронного принципа.
  • Сафоновский электромашиностроительный завод – производит различные электрические машины для любых сфер и отраслей.
  • ЭЛМА – занимается не только производством, но и технической поддержкой в обслуживании электродвигателей.
  • Мегаватт – охватывает большой спектр промышленного оборудования, включая электродвигатели МТФ и МТХ, а также МТКХ и МТКФ.
Ссылка на основную публикацию
Xiaomi увлажнители воздуха сравнение
Среди приборов климатического контроля увлажнитель воздуха фирмы Xiaomi — это один из наиболее приемлемых вариантов по соотношению цены и качества....
562 96 Шум на рабочих местах
1.1. Настоящие санитарные нормы устанавливают классификацию шумов; нормируемые параметры и предельно допустимые уровни шума на рабочих местах, допустимые уровни шума...
5W5 лампа светодиодная габаритная
Всем привет!) недавно столкнулся с проблемой выбора светодиодных ламп в габариты, хотел чтобы габариты можно было использовать как ДХО, ведь...
Yihua 938bd с термопинцетом
Артикул: 00016178 Вес: 4 000 г. Собственное производство Цены от производителя Удобная оплата Гарантия качества Паяльная станция с термопинцетом YIHUA...
Adblock detector