Запуск ад с фазным ротором: 2.Пуск ад с фазным ротором – «Асинхронные электродвигатели с фазным ротором» «Пуск ад с фазным ротором»

2.Пуск ад с фазным ротором

При пуске АД должны соблюдаться следующие требования:

1) АД должен развивать достаточно большой пусковой момент, достаточный для преодоления статического момента сопротивления на валу.

2) Величина пускового тока должна быть ограничена такой величиной, чтобы не происходило повреждения АД и нарушения нормального режима работы сети.

3) Схема пуска должна быть по возможности простой, а количество и стоимость пусковых устройств – малыми.

Пуск АД с фазным ротором с помощью пускового реостата применяются значительно реже двигателей с КЗ ротором, и они используются в следующих случаях:

1) Когда АД с КЗ ротором неприемлемы по условиям регулирования их скорости вращения;

2) Когда приводимые в движение массы настолько велики, что выделяемая во вторичной обмотки двигателя тепловая энергия вызывает недопустимый нагрев омотки ротора в виде беличьей клетки;

Помимо пусковых значений тока и момента пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней). Наличие контактных ко­лец у двигателей с фазным рото­ром позволяет подключить к об­мотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂=r₂’+r_д’

, гдеr_д’— электрическое сопротивление пускового реостата, приведенное к обмотке статора.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока Iпили его кратностьюI_П/Iноми значением пускового мо­ментаМпили его кратностьюМп/М_НОМ.В начальный момент пуска скольжениеs=l, поэтому, пренебрегая токомхх, пусковой ток мож­но определить:

В процессе пуска двигателя ступени ПР переклю­чают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. Так, в начальный момент пуска (первая ступень рео­стата) пусковой момент равен Мпмакс. По мере разгона АД его момент уменьшается по кривой 1. Как только значение момента уменьшится до значения Mпmin, рычаг реостата перево­дят на вторую ступень и сопротивление реостата уменьшается. Теперь зависимость М=f(s) выражается кривой 2 и пусковой момент двигателя вновь достигает Мпмакс. Затем ПР переключают на третью и на четвертую ступени (кривые

3 и 4). После того как электромагнитный момент двигателя уменьшится до значе­ния, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота вращения ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. В течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным Мп.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

3.Регулирование частоты вращения ад с фазным ротором.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора для фазных АД можно использовать все те же способы регулирования, как и для АД с кз ротором:

регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения, нарушением симметрии подводимого напряжения, изменением частоты тока в обмотке статора, изменением числа полюсов обмотки статора. Ниже рассмотрим способы специфичные для АД с фазным ротором.

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора

.

В цепь ротора включается регулировочный реостат, подобный пусковому, но рассчитанный на длительный режим работы. Мех. Хар-ки АД при различных значениях активного сопротивления цепи ротора показывают, что с увеличением активного сопротивления цепи ротора возрастает скольжение, соответствующее заданному статическому моменту. Частота вращения ротора при этом уменьшается. Способ обеспечивает регулирование частоты вращения в широком диапазоне вниз от синхронной частоты вращения. Электрические потери в цепи ротора возрастают, но только из-за потерь в регулировочном реостате.

Регулирование частоты вращения введением в цепь ротора добавочной ЭДС.

В цепь ротора вводят от постороннего источника добавочную ЭДС, имеющую частоту, одинаковую с основной ЭДС ротора, и направленную согласно или встречно с ней. При введении в цепь вращающегося ротора добавочной ЭДС , направленной встречно ЭДС, ток в обмотке ротора в первый момент времени уменьшится. В результате вращающий электромагнитный момент М станет меньше статического момента М_ст и ротор начнет замедлять свою частоту вращения. Аналогично можно показать, что если в цепь ротора вводится добавочная ЭДС, направленная согласно с ЭДС , то частота вращения ротора увеличивается. Таким образом, при наличии соответствующего источника (преобразователя частоты), включенного в цепь ротора, можно плавно и экономично регулировать частоту вращения ротора АД.

«Асинхронные электродвигатели с фазным ротором» «Пуск ад с фазным ротором»

 

Пусковые свойства асинхронного двигателя зависят от особенностей его конструкции, в частности от устройства ротора.

Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом машины, связанным с переходом ротора из состояния покоя в состояние равномерного вращения, при котором момент двигателя уравновешивает момент сил сопротивления на валу машины.

При пуске асинхронного двигателя имеет место повышенное потребление электрической энергии из питающей сети, затрачиваемое не только на преодоление приложенного к валу тормозного момента и покрытие потерь в самой асинхронном двигателе, но и на сообщение движущимся звеньям производственного агрегата определенной кинетической энергии. Поэтому при пуске асинхронный двигатель должен развить повышенный вращающий момент.

Для асинхронного двигателя с фазным ротором начальный пусковой момент, соответствующий скольжению sп= 1, зависит от активных сопротивлений регулируемых резисторов, введенных в цепь ротора.

Рис. 1. Пуск трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором: а — графики зависимости вращающего момента двигателя с фазным ротором от скольжения при различных активных сопротивлениях резисторов в цепи ротора, б — схема включения резисторов и замыкающих контактов ускорения в цепь ротора.

Так, при замкнутых контактах ускорения У1, У2, т. е. при пуске асинхронного двигателя с замкнутыми накоротко контактными кольцами, начальный пусковой момент Мп1 = (0,5 -1,0) Мном, а начальный пусковой ток Iп = (4,5 — 7) Iном и более.

Малый начальный пусковой момент асинхронного электродвигателя с фазным ротором может оказаться недостаточным для приведения в действие производственного агрегата и последующего его ускорения, а значительный пусковой ток вызовет повышенный нагрев обмоток двигателя, что ограничивает частоту его включений, а в маломощных сетях приводит к нежелательному для работы других приемников временному понижению напряжения. Эти обстоятельства могут явиться причиной, исключающей использование асинхронных двигателей с фазным ротором с большим пусковым током для привода рабочих механизмов. 

Введение в цепь ротора двигателя регулируемых резисторов, называемых пусковыми, не только снижает начальный пусковой ток, но одновременно увеличивает начальный пусковой момент, который может достигнуть максимального момента Mmax (рис. 1, а, кривая 3), если критическое скольжение двигателя с фазным ротором

sкр = (R2′ + Rд’) / (Х1 + Х2′) = 1,

где Rд’ — активное сопротивление резистора, находящегося в фазе обмотки ротора двигателя, приведенное к фазе обмотки статора. Дальнейшее увеличение активного сопротивления пускового резистора нецелесообразно, так как оно приводит к ослаблению начального пускового момента и выходу точки максимального момента в область скольжения s > 1, что исключает возможность разгона ротора.

Необходимое активное сопротивление резисторов для пуска двигателя с фазным ротором определяют, исходя из требований пуска, который может быть легким, когда Мп = (0,1 — 0,4) Mном, нормальным, если Мп — (0,5 — 0,75) Мном, и тяжелым при Мп ≥ Мном.

Для поддержания достаточно большого вращающего момента двигателем с фазным ротором в процессе разгона производственного агрегата с целью сокращения длительности переходного процесса и снижения нагрева двигателя необходимо постепенно уменьшать активное сопротивление пусковых резисторов. Допустимое изменение момента в процессе разгона M(t) определяется электрическими и механическими условиями, лимитирующими пиковый предел момента М > 0,85Ммах, момент переключения М2 > > Мс (рис. 2), а также ускорение.

Рис. 2. Пусковые характеристики трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Переключение пусковых резисторов обеспечено поочередным включением контакторов ускорения Y1, Y2 соответственно в моменты времени t1, t2 отсчитываемые с момента пуска двигателя, когда в процессе разгона вращающий момент М становится равным моменту переключения М2. Благодаря этому на протяжении всего пуска все пиковые моменты получаются одинаковыми и все моменты переключения равны между собой.

Поскольку вращающий момент и ток асинхронного двигателя с фазным ротором взаимно связаны, то можно при разгоне ротора установить пиковый предел тока I1= (1,5 — 2,5) Iном и ток переключения I2, который должен обеспечить момент переключения М2 > Мc.

Отключение асинхронных двигателей с фазным ротором от питающей сети всегда выполняют при цепи ротора, замкнутой накоротко, во избежание появления перенапряжений в фазах обмотки статора, которые могут превысить номинальное напряжение этих фаз в 3 — 4 раза, если цепь ротора в момент отключения двигателя окажется разомкнутой. 

Рис. 3. Схема соединения обмоток двигателя с фазным ротором: а — к питающей сети, б — ротора, в — на доске зажимов.

Рис. 4. Пуск двигателя с фазным ротором: а — схема включения, б — механические характеристики

2.Пуск ад с фазным ротором

Пуск АД с фазным ротором с помощью пускового реостата применяются значительно реже двигателей с КЗ ротором, и они используются в следующих случаях:

1) Когда АД с КЗ ротором неприемлемы по условиям регулирования их скорости вращения;

2) Когда приводимые в движение массы настолько велики, что выделяемая во вторичной обмотки двигателя тепловая энергия вызывает недопустимый нагрев обмотки ротора в виде беличьей клетки;

Помимо пусковых значений тока и момента пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней). Наличие контактных ко­лец у двигателей с фазным рото­ром позволяет подключить к об­мотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂=r₂’+r_д’, гдеr_д’— электрическое сопротивление пускового реостата, приведенное к обмотке статора.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока Iпили его кратностьюI_П/Iноми значением пускового мо­ментаМпили его кратностьюМп/МНОМ_.В начальный момент пуска скольжениеs=l, поэтому, пренебрегая токомхх, пусковой ток мож­но определить:

рис. а)схема пуска АД с помощью пускового реостата б)последовательное изменение вращающего момента при реостатном пуске АД

В процессе пуска двигателя ступени ПР переклю­чают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. Так, в начальный момент пуска (первая ступень рео­стата) пусковой момент равен Мпмакс. По мере разгона АД его момент уменьшается по кривой 1. Как только значение момента уменьшится до значения Mпmin, рычаг реостата перево­дят на вторую ступень и сопротивление реостата уменьшается. Теперь зависимость М=f(s) выражается кривой 2 и пусковой момент двигателя вновь достигает Мпмакс. Затем ПР переключают на третью и на четвертую ступени (кривые 3 и 4). После того как электромагнитный момент двигателя уменьшится до значе­ния, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота вращения ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. В течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным Мп.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

3.Регулирование частоты вращения ад с фазным ротором.

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

Из этого выражения следует, что частоту вращения ротора для фазных АД можно использовать все те же способы регулирования, как и для АД с кз ротором:

регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения, нарушением симметрии подводимого напряжения, изменением частоты тока в обмотке статора, изменением числа полюсов обмотки статора. Ниже рассмотрим способы специфичные для АД с фазным ротором.

Регулирование частоты вращения изменением активного сопротивления в цепи ротора.

В цепь ротора включается регулировочный реостат, подобный пусковому, но рассчитанный на длительный режим работы. Мех. Хар-ки АД при различных значениях активного сопротивления цепи ротора показывают, что с увеличением активного сопротивления цепи ротора возрастает скольжение, соответствующее заданному статическому моменту. Частота вращения ротора при этом уменьшается. Способ обеспечивает регулирование частоты вращения в широком диапазоне вниз от синхронной частоты вращения. Электрические потери в цепи ротора возрастают, но только из-за потерь в регулировочном реостате.

Регулирование частоты вращения введением в цепь ротора добавочной ЭДС.

В цепь ротора вводят от постороннего источника добавочную ЭДС, имеющую частоту, одинаковую с основной ЭДС ротора, и направленную согласно или встречно с ней. При введении в цепь вращающегося ротора добавочной ЭДС , направленной встречно ЭДС, ток в обмотке ротора в первый момент времени уменьшится. В результате вращающий электромагнитный момент М станет меньше статического момента М_ст и ротор начнет замедлять свою частоту вращения. Аналогично можно показать, что если в цепь ротора вводится добавочная ЭДС, направленная согласно с ЭДС , то частота вращения ротора увеличивается. Таким образом, при наличии соответствующего источника (преобразователя частоты), включенного в цепь ротора, можно плавно и экономично регулировать частоту вращения ротора АД.

13.Пуск ад с фазным ротором

При пуске АД должны соблюдаться следующие требования.

1) АД должен развивать достаточно большой пусковой момент, достаточный для преодоления статического момента сопротивления на валу. 2) Величена пускового тока должна быть ограничена такой величиной, чтобы не происходило повреждения АД и нарушения нормального режима работы сети. Помимо пусковых значений тока и момента пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стоимость и надежность пусковой аппаратуры и потери энергии в ней). Наличие контактных ко­лец у двигателей с фазным рото­ром позволяет подключить к об­мотке ротора пусковой реостат (ПР). При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂=r₂’+r_д’, где r_д’ — электрическое сопротивление пускового реостата, приведенное к обмотке статора. Пуск асинхронного двигателя сопровождается переходным процессом, обусловленным переходом ротора, и механически связанных с ним частей исполнительного механизма, из состояния покоя в состояние равномерного вра­щения, когда вращающий момент двигателя уравно­вешивается суммой противодействующих моментов, действующих на ротор двигателя.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока Iп или его кратностьюI_П/Iном и значением пускового мо­мента Мп или его кратностью Мп/М_НОМ.В начальный момент пуска скольжениеs=l, поэтому, пренебрегая током х. х., пусковой ток мож­но определить:

Пусковой момент по

При выборе сопротивления пускового реостата r_д’ исходят из условий пуска двигателя: если двигатель включают при зна­чительном нагрузочном моменте на валу, сопротивление пуско­вого реостата выбирают таким, чтобы обеспечить наиболь­ший пусковой момент, если же двигатель включают при небольшом нагрузочном моменте на валу, когда пусковой момент не имеет решающего значения для пуска, оказывается целесообразным сопротивление r_д’ выбирать несколько больше значения, соответствующего наи­большему пусковому моменту. В этом случае пусковой момент оказывается несколько меньшим наи­большего значения, но зато величина пускового тока значительно уменьшается. В процессе пуска двигателя ступени ПР переклю­чают таким образом, чтобы ток ротора оставался приблизительно неизменным, а среднее значение пускового момента было близко к наибольшему. Так, в начальный момент пуска (первая ступень рео­стата) пусковой момент равен Мпмакс. По мере разгона АД его момент уменьшается по кривой 1. Как только значение момента уменьшится до значенияMпmin, рычаг реостата перево­дят на вторую ступень и сопротивление реостата уменьшается. Теперь зависимость М=f(s)выражается кривой2и пусковой момент двигателя вновь достигает Мпмакс. Затем ПР переключают на третью и на четвертую ступени (кривые3и4).После того как электромагнитный момент двигателя уменьшится до значе­ния, равного значению противодействующего момента на валу двигателя, частота вращения ротора достигнет установившегося значения и процесс пуска двигателя будет закончен. В течение всего процесса пуска значение пускового момента остается приблизительно постоянным, равным Мп.ср. Следует иметь в виду, что при слишком быстром переключении ступеней реостата пусковой ток может достигнуть недопустимо больших значений.

1) Какие существуют способы пуска ад? Какие они имеют достоинства и недостатки?

1) прямой пуск. Пуск двигателя осуществляется напрямую, подачей питания на обмотку статора. Этот способ наиболее экономичный, так как не требует дополнительных устройств для запуска. Но, чаще всего такой способ применяется для маломощных двигателей, так как пусковые моменты и токи при таком способе достигают больших значений и способны повредить не только сам двигатель, но и механические привода соединенные с ним.

Прямой пуск — самый распространенный метод пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Двигатель подключается непосредственно к питающей сети через пускатель. При этом асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором развивает высокий пусковой крутящий момент с относительно малым временем разгона. Этот метод обычно используется для двигателей малой и средней мощности, которые достигают полной рабочей частоты вращения за короткое время.

Недостатком данного способа пуска кроме сравнительно небольшого пускового момента является также большой бросок пускового тока, в пять — семь раз превышающий номинальное значение тока.

Несмотря на указанные недостатки, пуск двигателя путем непосредственного подключения обмотки статора к сети широко применяют благодаря простоте и хорошим технико-экономическим свойствам двигателя с короткозамкнутым ротором — низкой стоимости и высоким энергетическим показателям (η, cos φ₁, k_м и др.).

2) Пуск посредством реактора.

Этот способ заключается в использовании трехфазного индуктивного сопротивления, т.е. между каждой питающей фазой и каждой приемной фазой обмотки статора асинхронного двигателя включена катушка индуктивности. Это позволяет замедлить процесс нарастания тока.

реакторный пуск. При пуске двигателя последовательно с обмоткой статора включают пусковой реактор (ПР). За счет падения напряжения на ПР напряжение на статоре асинхронного двигателя уменьшается. Поэтому снижается пусковой ток двигателя. После разгона ПР шунтируют.

Реакторный пуск осуществляется следующим образом. Сначала двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку), сопротивление которого ограничивает величину пускового тока. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы, на которых происходит падение напряжения за счет индуктивного сопротивление реактора. В результате на обмотку статора подается пониженное напряжение. По достижении нормальной частоты вращения включается выключатель, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.

Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). Порядок включения двигателя в этом случае следующий. При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 1. После разгона ротора двигателя включают рубильник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказывается номинальным. Недостаток этого способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента Мп враз.

3) Способ пуска асинхронного двигателя переключением со звезды на треугольник, применяется в установках, где нагрузка на валу минимальна или вообще отсутствует. Для того чтобы осуществить данный вид пуска, нужно чтобы основной схемой включения двигателя был треугольник. В начальный момент времени обмотка  соединяется по схеме звезда, запускается, происходит разгон до некоторого значения, а затем переключают на треугольник. Таким образом, добиваются уменьшения токов в момент пуска. Но, с уменьшением токов, уменьшаются и моменты, именно поэтому не рекомендуется использовать этот способ для двигателя с нагрузкой на валу.

4) Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором при пониженном напряжении. В тех случаях, когда из-за большого падения напряжения в сети прямой пуск для короткозамкнутых двигателей недопустим, применяют подключение их обмоток статора в первый момент пуска на пониженное напряжение, при этом пусковой ток уменьшается, что приводит к снижению падения напряжения в сети.

Недостатком такого способа пуска является снижение начального пускового момента пропорционально квадрату напряжения.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник. В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя. Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток большефазного в раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в ()² = 3 раза. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вра­щения, близкой к установившейся, переключатель быстро перево­дят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя ока­зываются под номинальным напряжением. Возникший при этом бросок тока до значения I^/_пΔ является незначительным.

принцип работы, устройство и сферы применения асинхронного двигателя

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

Чтобы понять, как работает асинхронный двигатель с фазным ротором, необходимо внимательно изучить особенности его пуска. При запуске установки ее ротор параллельно переходит из состояния покоя в медленное и равномерное вращение. При этом система уравновешивает момент сил сопротивления посредством собственного вала.

Во время запуска начинается усиленное потребление энергетических ресурсов, что связано с преодолением тормозного момента и компенсацией потерь внутри силовой установки. Нередко параметры начального пускового момента далеки от требуемых, поэтому асинхронный двигатель не способен перейти в режим полноценной работы. В таком случае ускорение приостанавливается, а постоянное воздействие чрезмерного тока приводит к перегреву внутренних узлов установки.

По этой причине частота запусков двигателя ограничивается несколькими включениями. Если агрегат работал от электрической сети с низкой мощностью, тогда подобное явление может снизить общее напряжение и нарушить работу других приборов, присоединенных к этой линии.

Наличие в роторной цепи пусковых резисторов снижает показатели электрического тока, но при этом поднимает начальный пусковой момент, пока он не достигнет пиковой отметки. Запуск силовой установки бывает легким, нормальным или тяжелым.

В зависимости от этого фактора можно определить оптимальные параметры сопротивления резисторов.

После успешного запуска остается поддерживать стабильный вращающий момент на этапе разгона ротора, что сократит продолжительность перехода из спокойного состояния в стадию вращения и снизит вероятность нагрева. Для этого необходимо уменьшить показатели сопротивления резисторов.

Переключение разных резисторов происходит из-за подключения контакторов ускорения в последовательном порядке. Отключать двигатель от электрической сети можно только при накоротко замкнутой роторной цепи. Если это требование проигнорировать, то появится риск существенного перенапряжения в обмоточных фазах статора.

Технические характеристики

Существуют установленные требования, гарантирующие качественную работу асинхронных двигателей с фазным ротором. От них зависят базовые параметры и характеристики системы, включая:

1. Размеры и мощность установки, соответствующие техническому регламенту.
2. Защиту от внешних воздействий. Ее степень определяется окружающими условиями, в которых будет расположена машина. Дело в том, что одни установки предназначаются для работы внутри помещения, в то время как другие способны функционировать и на улице. К тому же доступные на рынке агрегаты отличаются климатическими особенностями. Например, существуют двигатели, которые выдерживают экстремальный холод или, наоборот, сильную жару. В зависимости от условий использования они обладают характерным исполнением и защитой.
3. Степень изоляции. Асинхронные двигатели с фазным ротором должны быть устойчивыми к высоким температурным показателям и возможным нагревам внутренних механизмов. Для предотвращения воспламенений их защищают специальными изоляционными слоями.
4. Соответствие установленным стандартам и режимам функционирования.
5. Наличие мощной охладительной системы, которая соответствует рабочему режиму двигателя.
6. Уровень шума во время запуска на холостом ходу. Он соответствует второму классу или ниже.

Устройство и конструкция

Желая купить асинхронный электродвигатель с фазным ротором, необходимо хорошо разбираться в его устройстве и конструкционных особенностях. В первую очередь нужно знать, что к основным частям установки относятся статор, который является неподвижным, и ротор — вращающийся механизм внутри статора. Между обоими элементами расположен воздушный зазор, а их поверхность покрыта специальной обмоткой.

Обмотка статора подключена к электрической сети с переменным напряжением, которое передается на обмотку ротора. Взаимодействие узлов обусловлено магнитным потоком.

Что касается корпуса статора, то в качестве него используется корпус двигателя, внутри которого расположен запрессованный сердечник. В последнем находятся проводники обмотки, защищенные от замыкания изоляцией. Обмотка сердечника состоит из нескольких секций, заключенных в катушки.

В роторе установлены вал и сердечник из набранных пластин. Последний элемент создается на основе высокотехнологичной стали и обладает симметричными пазами с проводниками. При работе вал ротора передает крутящий момент к приводу установки. В зависимости от типа ротора выделяют две разновидности двигателей:

1. С короткозамкнутым ротором.
2. С фазным ротором.

В первом типе роторов присутствуют алюминиевые стержни, которые находятся внутри сердечника и замкнуты на торцах кольцами. Их также называют «беличьим колесом». Обычно пазы установки обрабатываются алюминием, что повышает их прочность.

Фазный ротор асинхронного двигателя существенно отличается от предыдущей разновидности. Число катушек, установленных под конкретным углом, в таких моделях определяется количеством парных полюсов. При этом пары полюсов в роторе такого типа всегда сопоставимы с аналогичными статорными парами.

Принцип работы

Изучив устройство АД с фазным ротором и его запуск, можно приступать к более подробному рассмотрению работы такой установки. Её можно разделить на несколько пунктов:

1. На статор с тройной обмоткой подается трехфазное напряжение от электрической сети с переменным током.
2. Затем начинается образование магнитного поля, которое приводит к вращению ротора. По мере ускорения вращательных движений скорость оборотов ротора существенно растет.
3. По достижении определенных показателей отдельные линии полей обоих узлов пересекаются, что вызывает появление электродвижущей силы. Она воздействует на роторную обмотку, за счет чего в ней формируется электрический ток.
4. В определенный момент времени между магнитным полем статора и током в роторе начинается взаимодействие, образующее крутящий момент. Именно за счет него и осуществляется работа асинхронного двигателя.

Плюсы и минусы

В последнее время асинхронные агрегаты пользуются большой популярностью. Она связана с массой преимуществ, которыми они обладают. В их числе:

1. Высокие значения при начальном вращающем моменте.
2. Способность принимать любые механические перегрузки без существенного изменения КПД или нарушения стабильной работы установки. Даже если в системе возникают разнообразные перегрузки, агрегат продолжает функционировать с заданной скоростью и практически не отклоняется от базового режима.
3. Сниженный пусковой ток. В отличие от других асинхронных моделей, например, с короткозамкнутым ротором, у этих двигателей сравнительно низкие показатели пускового тока.
4. Возможность полной автоматизации работы.
5. Простота конструкции.
6. Простая схема запуска.
7. Сравнительно невысокая цена.
8. Отсутствие необходимости сложного и дорогостоящего обслуживания.

Кроме множества плюсов у двигателей этого типа имеются и недостатки. К ключевым минусам относят довольно крупные габариты, из-за которых монтаж и дальнейшая эксплуатация системы усложняются, а также сниженный КПД по сравнению со многими аналогами.

По последнему показателю устройства с короткозамкнутым ротором более продуктивные.

Сферы применения

В настоящее время многие промышленные двигатели являются асинхронными. Их популярность обусловлена вышеперечисленными плюсами и доступностью. Сферы применения таких агрегатов очень обширные, поэтому их активно используют для работы автоматизированных устройств из телемеханической сферы, бытового и медицинского оборудования и звукозаписывающих установок. Асинхронный двигатель — это полезное изобретение нынешнего времени, которое упрощает жизнь человека и обеспечивает хороший КПД при минимальных затратах электроэнергии.

Вопрос 46. Пусковые свойства асинхронных двигателей. Пуск двигателя с фазным ротором. Схема и процесс пуска.

Пусковые свойства двигателя определяются в первую очередь значением пускового тока I_п или его кратностью I_п/ I_ном и значением пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_ном. Двигатель, обла­дающий хорошими пусковыми свойствами, развива­ет значительный пусковой момент при сравнительно небольшом пусковом токе. Однако получение такого сочетания пусковых параметров в асинхронном дви­гателе сопряжено с определенными трудностями. В начальный момент пуска скольжение s = 1, по­этому, пренебрегая током х.х., пусковой ток можно определить подставив s = 1:

I_п = U₁/.

Пусковой момент по

M_п =

Улучшить пуско­вые свойства двигателя можно увеличением актив­ного сопротивления цепи ротора r₂‘, так как в этом случае уменьшение пускового тока сопровождается увеличением пускового момента. В то же время на­пряжение U₁ по-разному влияет на пусковые пара­метры двигателя: с уменьшением U₁ пусковой ток уменьшается, что благоприятно влияет на пусковые свойства двигателя, но одновременно уменьшается пусковой момент. Целесообразность применения того или иного способа улучшения пусковых свойств двигателя определяется конкретными условиями эксплуатации двигателя и требованиями, которые предъявляются к его пусковым свойствам. Помимо пусковых значений тока I_п и момента М_п пусковые свойства двигателей оцениваются еще и такими показателями: продолжительность и плавность пуска, сложность пусковой опе­рации, ее экономичность (стои­мость и надежность пусковой ап­паратуры и потерь энергии в ней).

Пуск двигателя с фазным ротором.

Наличие контактных колец у двигателей с фазным ро­тором позволяет подключить к обмотке ротора пусковой реостат. При этом активное сопро­тивление цепи ротора увеличива­ется до значения R₂ = r₂‘ + r_д‘, где r_д‘ — электрическое сопротивление пускового реостата, приве­денное к обмотке статора. При выборе сопротивления пускового реостата r_доб исходят из условий пуска двигателя: если двигатель включают при значи­тельном нагрузочном моменте на валу, сопротивление пускового реостата r_до6 выбирают таким, чтобы обеспечить наибольший пус­ковой момент; если же двигатель включают при небольшом нагрузочном моменте на валу, когда пусковой момент не имеет решающего значения для пуска, оказы­вается целесообразным сопротивление ПР r_доб выбирать несколько больше значения, соответствующего наибольшему пусковому мо­менту. В этом случае пусковой момент оказывается несколько меньшим наибольшего значения М _п.mах, но зато пусковой ток значительно уменьшается.

Вопрос 47. Пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Различные способы пуска, их схемы, достоинства и недостатки.

Пуск непосредственным включением в сеть. Этот способ пуска, отличаясь простотой, имеет существенный не­достаток: в момент подключения двигателя к сети в обмотке ста­тора возникает большой пусковой ток, в 5—7 раз превышающий номинальный ток двигателя. При небольшой инерционности ис­полнительного механизма частота вращения двигателя быстро достигает установившегося значения и пусковой ток также быстро спадает, не вызывая перегрева обмотки статора. Но такой значи­тельный бросок тока в питающей сети может вызвать в ней замет­ное падение напряжения. Однако этот способ пуска благодаря своей простоте получил наибольшее применение для двигателей мощностью до 38—50 кВт и более (при достаточном сечении жил токоподводящего кабеля). При необходимости уменьшения пуско­вого тока двигателя применяют какой-либо из способов пуска короткозамкнутых двигателей при пониженном напряжении.

Схема непосредственного включения в сеть (а) и графики изменения тока и момента при пуске (б) асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Пуск при пониженном напряжении.

Пусковой ток двигателя пропорционален подведенному напряже­нию U1, уменьшение которого вызывает соответствующее умень­шение пускового тока.

Для асинхронных двигателей, работающих при соединении обмоток статора треугольником, можно применить пуск переключением обмотки статора со звезды на треугольник. В момент подключения двигателя к сети переключатель ставят в положение «звезда», при котором обмотка статора оказывается соединенной в звезду. При этом фазное напряжение на статоре понижается в раз. Во столько же раз уменьшается и ток в фаз­ных обмотках двигателя. Кроме того, при соединении обмоток звездой линейный ток равен фазному, в то время как при соединении этих же обмоток треугольником линейный ток больше фазного в раз. Следовательно, переключив обмотки статора звездой, мы добиваемся уменьшения линейного тока в () 2 = 3 раза. После того как ротор двигателя разгонится до частоты вра­щения, близкой к установившейся, переключатель быстро перево­дят в положение «треугольник» и фазные обмотки двигателя ока­зываются под номинальным напряжением.

Рассмотренный способ пуска имеет существенный недостаток — уменьшение фазного напряжения в раз сопровождается уменьшением пускового момента в три раза, так как, согласно (13.19), пусковой момент асинхронного двигателя прямо пропор­ционален квадрату напряжения U₁. Такое значительное уменьше­ние пускового момента не позволяет применять этот способ пуска для двигателей, включаемых в сеть при значительной нагрузке на валу.

Схема включения (а) и графики изменения мо­мента и тока (фазного) при пуске (б) асинхронного двига­теля с короткозамкнутым ротором переключением обмот­ки статора со звезды на треугольник

Более универсальным является способ с понижением подводимого к двигателю напряжения посредством реакторов (реактивных катушек — дросселей). При разомкнутом рубильнике 2 включают рубильник 7. При этом ток из сети поступает в обмотку статора через реакторы Р, на которых происходит падение напряжения jх_р (где х_р — индуктивное сопротивление реактора, Ом). В резуль­тате на обмотку ста­тора подается пони­женное напряжение. После разгона ро­тора двигателя включают рубиль­ник 2 и подводимое к обмотке статора напряжение оказы­вается номиналь­ным. Недостаток это­го способа пуска состоит в том, что уменьшение напряжения в U^/₁/ U_1ном раз сопровождается уменьшением пускового момента М_п в (U^/₁/ U_1ном)² раз.

Схемы реакторного (а) и автотранс­форматорного (б) способов пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

При пуске двигателя через понижающий автотрансформа­тор вначале замыкают рубильник 1, соединяющий обмотки автотрансформатора звездой, а затем включают рубиль­ник 2 и двигатель оказывается подключенным на пониженное напряжение U^/₁ . При этом пусковой ток двигателя, измеренный на выходе автотрансформатора, уменьшается в К_А раз, где К_А — ко­эффициент трансформации автотрансформатора. Что же касается тока в питающей двигатель сети, т. е. тока на входе автотрансформатора, то он уменьшается в К²_А раз по сравнению с пусковым током при непосредственном включении двигателя в сеть. Дело в том, что в понижающем автотрансформаторе первичный ток меньше вторичного в К_А раз и поэтому уменьшение пускового тока при автотрансформаторном пуске составляет К_АК_А = К²_А раз. После первоначального разгона ротора двигателя рубильник 1 размыкают и автотрансформатор превращается в реактор. При этом напряжение на выводах обмотки статора несколько повышается, но все же остается меньше номинального. Включением ру­бильника 3 на двигатель подается полное напряжение сети. Таким образом, автотрансформаторный пуск проходит тремя ступенями: на первой ступени к двигателю подводится напряжение U₁ = (0,50÷0,60)U_1ном, на второй — U₁ = (0,70÷0,80)U_1ном и, наконец, на третьей ступени к двигателю подводится номинальное напря­жение U_1ном.

Как и предыдущие способы пуска при пониженном напряже­нии, автотрансформаторный способ пуска сопровождается умень­шением пускового момента, так как значение последнего прямо пропорционально квадрату напряжения. С точки зрения уменьше­ния пускового тока автотрансформаторный способ пуска лучше реакторного, так как при реакторном пуске пусковой ток в пи­тающей сети уменьшается в U^/₁/ U_1ном раз, а при автотрансформа­торном — в (U^/₁/ U_1ном)² раз.

Вопрос 48. Короткозамкнутые АД с улучшенными пусковыми характеристиками. Двигатель с глубокими пазами пазами на роторе и с двумя клетками на роторе. Конструкция, принцип действия, достоинства и недостатки.

Двигатель с глубокими пазами на роторе. От обычного асинхронного двигателя этот двигатель отличается тем, что у него пазы ротора сделаны в виде узких глубоких щелей, в которые уложены стержни обмотки ротора, представляющие собой узкие полосы. С обеих сторон эти стержни приварены к замыкающим кольцам. Обычно глубокий паз имеет соотношение размеров h_п/ b_п = 9÷10, где h_п, b_п — высота и ширина паза.

В момент включения двигателя, когда частота тока в роторе имеет наибольшее значение (f₂ = f₁), индуктивное сопротивление нижней части каждого стержня значительно больше верхней. Объясняется это тем, что нижняя часть стержня сцеплена с большим числом магнитных силовых линий поля рассеяния. Почти весь ток ротора проходит по верхней части стержня, поперечное сечение которой намного меньше сечения всего стержня. Это равноценно увеличению активного сопротивления стержня ротора, что, как известно, способствует росту пускового момента двигателя и некоторому ограни­чению пускового тока. Таким образом, двигатель с глубокими пазами на роторе об­ладает благоприятным соотношением пусковых параметров: большим пусковым моментом при сравнительно небольшом пус­ковом токе.

Двигатель с двумя клетками на роторе. Еще лучшими пусковыми свойствами обладают асинхронные двигатели с двумя короткозамкнутыми клетками на роторе: рабочей клеткой 1, стержни которой расположены в ниж­нем слое, и пусковой клеткой 2, стержни которой расположены в верхнем слое, ближе к воздушному зазору.

В момент пуска двигателя ток ротора проходит в основном по верхней (пусковой) клетке, обладающей малым индуктивным со­противлением. При этом плотность тока в стержнях пусковой клетки намного больше плотности тока в стержнях рабочей клетки. Повышенное активное сопротивление этой клетки обеспечивает двигателю значитель­ный пусковой момент при пони­женном пусковом токе. По мере увеличения частоты вращения ро­тора уменьшается частота тока в роторе, при этом индуктивное со­противление рабочей клетки уменьшается, и распределение плотности тока в стержнях пусковой и рабо­чей клеток становится почти оди­наковым. В итоге происходит пере­распределение вращающего момента между клетками: если в начальный период пуска момент создается главным образом токами пусковой клетки, то по окончании периода пуска вращающий момент создается в основном токами рабочей клетки. Максимальное значение момента пусковой клетки вследствие ее повышенного активного сопротивления смещено в сторону скольжений, близких к единице. Вращающие моменты от обеих клеток направлены в одну сторону, поэтому результирующий момент двигателя равен сумме моментов пусковой М_пк и рабочей М_раб.к клеток М = М_п.к + М_раб.к

Двигатели с двумя клетками на роторе по сравнению с асин­хронными двигателями обычной конструкции имеют повышенную стоимость, что объясняется сложностью конструкции.