Фазный ротор электродвигателя

Фазный ротор электродвигателя

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.

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.

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.

Ротор электродвигателя — что это?

В каждом аппарате, работающем от электрической энергии, используется такое устройство как электродвигатель, который состоит из статора – неподвижной части и ротора – подвижной. Далеко не каждому известно что такое ротор электродвигателя и какие его функции, поэтому, возникают ложные представления.

Состоит ротор из цилиндра, составленного из листов штампованной электротехнической стали, которые одеты на вал. По своей природе роторы бывают фазными и короткозамкнутыми. Фазные роторы имеют обмотку трёхфазного типа со схемой соединения «звезда» и вращающимися вместе с валом контактными кольцами. К данным кольцам с помощью определённых щёток возможно подключить:

• дроссели для удержания токов ротора и стабилизации работы электродвигателя в моменты возможных перегрузок и падения оборотов;
• источник постоянного тока;
• пускорегулирующий реостат, для увеличения пускового момента с помощью снижения пускового тока;
• инверторное питание, для управления моментных характеристик и оборотов двигателя.

Таким образом, фазные роторы снабжают асинхронные электродвигатели рабочей стабильностью, позволяя использовать их в различных установках по типу мостовых кранов и других устройств, где не требуются широкая и плавна регулировка скорости электродвигателей большой мощности.

Короткозамкнутый ротор, имеющий обмотку с названием «беличье колесо» состоит из вставленных в сердечник стержней алюминиевого или медного происхождения и коротко замыкающих колец с торцевым лопастями. Для улучшения его пусковые характеристики на роторе выполняют паз специальной формы, создающий из-за своей неординарной относительно оси вращения структуры эффект вытеснения тока, вызывающего большие показатели сопротивлений, например, при пуске. Применяют такие роторы в двигателях асинхронного типа в приводах, которые не используют большие пусковые моменты, например, это могут быть водные насосы небольших мощностей без возможности регулировки рабочей скорости.

Среди всех преимуществ двигателей с короткозамкнутым ротором можно выделить:

• практически одинаковая скорость с применением разных нагрузок;
• допустимость больших рабочих перегрузок;
• простота и удобство автоматизации пуска;
• высокие показатели КПД;
• конструктивная простота.

Как видим, хотя внешне и функционально роторы и имеют различия, влияющие существенно на область их применения, используются они в равных долях во всех сферах деятельности человека. Так, электродвигатели от Siemens изготавливаются с роторами и того и другого типа, что способствовало крупному внедрению этих агрегатов во многие производственные процессы.

Так же, кроме вышеперечисленных типов ротора стоит отметить и существование массивного ротора, состоящего из материала ферромагнитного происхождения, играющего роль магнитопровода и проводника одновременно. Быть может он не нашёл столь широкого применения как фазный ли короткозамкнутый, но имеет ряд преимуществ:

• низкая себестоимость;
• простота изготовления;
• высокий пусковой момент;
• высоких показатель механической прочности, что немаловажно в машинах работающих на высоких скоростях.

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Ротор электродвигателя

Ротор электродвигателя — это подвижная часть, в машинах переменного тока его роль исполняет якорь. Электродвигатель – это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Электрическая машина состоит из неподвижной и подвижной частей – статора и ротора. Ротор электродвигателя постоянного тока часто называют якорем.

Различают короткозамкнутые и фазные роторы. Фазные используются с обмоткой и применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить пусковой ток, а также регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Такие двигатели раньше использовались в крановых установках, теперь же на смену фазным роторам пришли преобразователи частоты.

При включении машины в электрическую сеть в статоре возникает магнитное поле, которое пронизывает обмотку ротора, тем самым, наводя в ней ток индукции и приводя его во вращение. Если используется преобразователь частоты вращения, то часто вращение ротора устанавливается вручную. Если же такое устройство не применяется, то частота вращения зависит от числа пар полюсов и частоты питающего напряжения. Разность между частотами вращения магнитного поля подвижной и неподвижной частей характеризуется скольжением. Если эти частоты не совпадают между собой, то двигатель называется асинхронным. Конструкция подвижной части синхронного двигателя отличается. Она выполнена либо с постоянным магнитом, либо с электромагнитом, который имеет в себе часть беличьей клетки для запуска. В синхронных двигателях частоты вращения магнитных полей статора и ротора совпадают.

Ротор асинхронного электродвигателя состоит из листов электромеханической стали, и может быть выполнен с контактными кольцами либо короткозамкнутым с беличьей клеткой. При короткозамкнутой конструкции обмотка состоит из металлических стержней (чаще всего бронза, медь или алюминий), которые располагаются в пазах и соединены на концах кольцами. Соединение колец осуществляется с помощью припоя или сварки. Если же стержни изготавливаются из алюминия или алюминиевых сплавов, то припой и сварку провести нельзя. В таком случае необходимо выполнять кольца, вместе с расположенными на них лопастями, в виде литой детали или же штамповкой под давлением.

Ротор электродвигателя с контактными кольцами в пазах имеет трехфазную обмотку, которая очень похожа на обмотку статора, включенную в цепь соединением типа «Звезда». Начала фаз соединяются с контактными кольцами, которые закреплены на концах валов. Для регулирования частоты вращения и для плавного пуска двигателя можно к фазам обмотки через кольца и щетки подключить реостаты. После того, как подвижная часть двигателя успешно разгонится, контактные кольца накоротко замыкаются.

В шаговых электродвигателях ротор устанавливается с дискретным угловым перемещением. Заданное положение вала фиксируется с помощью подачи питания на соответствующую обмотку. Для того чтобы перейти в другое положение необходимо снять напряжение с одной обмотки и подать на другую. В вентильных электродвигателях питание обмоток осуществляется с помощью полупроводниковых элементов.

Электрический роторный двигатель принцип работы

Принципиальной особенностью двигателей с катящимся ротором (ДКР), отличающей их от других машин, является эксцентричное расположение ротора в расточке статора. Вращающий момент здесь создается за счет сил одностороннего магнитного притяжения.

Принцип действия ДКР рассмотрим с помощью рис. 6.7, на котором изображен статор с эксцентрично расположенным ротором. Допустим, что обмотка статора создает несимметричное магнитное поле, максимум которого в данный момент приходится на т.А. Несимметричное поле создает силу одностороннего магнитного притяжения, под действием которой ротор будет соприкасаться со статором в той же т. А (рис.6.7,а). По мере вращения магнитного поля сила одностороннего притяжения перемещается по расточке статора с синхронной скоростью. В любой момент времени ее можно разложить на составляющие F_x и F_y (рис. 6.7,б). Видно, что F_Х, притягивая ротор к статору, заставляет его катиться по внутреннему диаметру последнего с синхронной скоростью. Ротор же медленно поворачивается вокруг собственного центра, причем в противоположном направлении. (На рис. 6.7. поле статора повернулось на 45 о против часовой стрелки, а точка р, принадлежащая телу ротора, повернулась по часовой стрелке на угол j_P, который заметно меньше 45 о ). Это вращение и является выходным.

Рис. 6.7. К вопросу о принципе действия ДКР

В конечном итоге при повороте поля статора на один оборот (j_C = 2p) ротор повернется на угол, равный разности длин окружностей статора и ротора, деленной на радиус ротора R_Р:

Переходя к частоте вращения и учитывая, что w₁ = 2p, получим

(6.14)

Так как в ДКР (R_С — R_Р)/R_Р F_X, проскальзывание невозможно и ДКР работает в синхронном режиме. В противном случае ротор вращается с проскальзыванием и машина переходит в асинхронный режим.

Несимметричное вращающееся магнитное полет может быть получено различными способами, например, наложением униполярного поля, созданного тороидальной обмоткой постоянного тока, на двухполюсное симметричное вращающееся поле обмотки переменного тока (рис. 6.8,а), или наложением вращающегося двухполюсного поля на вращающееся же четырехполюсное поле (рис. 6.8,б). Этот способ основан на том, что сила одностороннего магнитного притяжения пропорциональна квадрату нормальной составляющей индукции: f

B 2 _n. В ряде современных ДКР несимметричное поле создают с помощью специальных схем обмоток и электронных схем питания их.

Рис. 6.8. Способы получения несимметричного магнитного поля

В настоящее время существует большое количество исполнений ДКР, весьма разнообразных по роду тока, по характеру изменения скорости, по форме обкатываемых поверхностей, по назначению и т.д. На рис. 6.9 показана конструктивная схема ДКР с униполярным возбуждением. Тот факт, что в этом двигателе не ротор катится по статору, а каток ротора катится по катку статора, не меняет сути дела, а лишь повышает надежность машины, поскольку катки можно сделать из износостойкой стали.

На рис. 6.9 обозначено: 1 – корпус; 2 – стальной каток статора; 3 – ферромагнитное кольцо; 4 – тороидальная катушка, питаемая постоянным током и создающая униполярное магнитное поле; 5 – статор с обмоткой, создающей вращающееся магнитное поле; 6 – стальной каток ротора; 7 – магнитопровод, необходимый для замыкания униполярного потока; 8 – сердечник ротора без обмотки.

Достоинства двигателей с катящимся ротором

1)возможность получения очень малых скоростей (коэффициент редукции достигает 1500);

2)хорошее быстродействие (время разгона не превышает 0,01 с);

3)большие пусковые моменты;

4)небольшая кратность пускового тока [(2-3)I_ном];

5)отсутствие подшипников, что обеспечивает работу машины практически без смазки.

Недостатки двигателей с катящимся ротором

1)сложность конструкции звена, обеспечивающего передачу несоосного вращения на вал машины. Требуются механизмы типа кардана, альстома, сешерона;

2)вибрации и шум, обусловленные действием центробежных и аксиальных сил, вызванных несоосным вращением больших масс;

3)неизбежный технологический разброс размеров обкатываемых поверхностей, а следовательно, и разброс выходных скоростей вращения ДКР;

4)сравнительно небольшой срок службы вследствие износа поверхностей катков.

§ 6.4. Двигатели с волновым ротором

Волновые двигатели (ВД) представляют собой конструктивное объединение электрической машины и волновой передачи. Особенностью таких двигателей является гибкий, деформирующийся в радиальном направлении ротор. Одна из возможных конструкций ВД приведена на рис. 6.10.

Здесь обозначено: 1 — корпус; 2 – статор с обмоткой, создающей вращающееся магнитное поле; 3 — жесткий зубчатый венец статора; 4-гибкий зубчатый венец ротора; 5 — ротор, выполненный в виде тонкостенного стакана; 6 — эластичный магнитопровод ротора.

При отсутствии питания ротор имеет правильную цилиндрическую форму. Его зубчатый венец не сцепляется с венцом статора.

При подаче питания на обмотки статора возникает вращающееся магнитное поле, в котором на магнитопровод ротора действуют силы магнитного притяжения

(6.20)

Ротор деформируется, и его зубчатый венец входит в зацепление с венцом статора. Количество точек зацепления равно количеству полюсовмашины (рис. 6.11).

Точки зацепления бегут синхронной скоростью, и гибкий венец катится по поверхности жесткого. При этом он вместе с ротором медленно поворачивается в сторону противоположную вращению поля. Скорость ротора равна

(6.21)

где z_г, z_ж – число зубцов гибкого и жесткого венцов.

Достоинства волновых двигателей похожи на достоинства двигателей с катящимся ротором: 1) большие вращающие моменты при относительно малой массе; 2) высокие значения момента самоторможения и практически отсутствие выбега; 3) способность к частым пускам и реверсам.

Недостатком ВД следует считать сложность конструкции и технологии изготовления эластичного ротора.