Ротор двигателя это: Ротор — это… Что такое Ротор?

Содержание

Ротор — это… Что такое Ротор?

Роторный экскаватор как экспонат в бывшем угольном карьере — «стальном городе» Феррополис (Германия), превращенном в музей под открытым небом

Ро́тор — от лат. roto )— вращаться

В математике:

  • Ротор — то же, что вихрь векторного поля, то есть вектор, характеризующий вращательное движение в данной точке векторного поля.

В медицине:

В технике:

  • Ротор — вращающаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела (например, ротор двигателя Ванкеля) или отдающие её рабочему телу (например, ротор роторного насоса). Ротор двигателей связан с ведущим валом, ротор рабочих машин — с приводным валом. Ротор выполняется в виде барабанов, дисков, колёс.
  • Ротор — вращающаяся часть паровой турбины, компрессора, гидронасоса, гидромотора и т. д.
  • Буровой ротор — механизм, являющийся многофункциональным оборудованием буровой установки, который предназначен для вращения бурильных труб и поддержания колонны бурильных или обсадных труб при свинчивании и развинчивании в процессе спуско-подъемных операций, при поисковом бурении и капитальном ремонте скважин. Привод — цепной или карданный.
    Роторное бурение
    .
  • Ротор — устройство управления поворотом антенны в направлении приёма или передачи сигнала.
  • Ротор — любое вращающееся тело в теории балансировки.
  • Ротор — система вентилятора.
Ротор (слева) и статор (справа) электродвигателя в разборе

В электротехнике:

  • Ротор — вращающаяся часть электрической машины (генератора или двигателя переменного тока внутри неподвижной части — статора). Ротор асинхронной электромашины обычно представляет собой собранное из листовой электротехнической стали цилиндрическое тело с пазами для размещения обмотки. Ротор в электромашинах постоянного тока называется якорем.
  • Ротор — автоматически управляемая машина (транспортное устройство, прибор), в которой заготовки двигаются вместе с обрабатывающими их орудиями по дугам окружности. Роторная печь. Ротороный экскаватор. Роторная линия (комплекс роторов).

В авиации:

В ветроэнергетике:

  • Ротор Дарье — составная часть вертикально-осевого ветрогенератора, крыльчатка которого представляет собой двояковыпуклые лопасти, закреплённые при помощи штанг на вертикально вращающейся оси.
  • Ротор Савониуса — составная часть вертикально-осевого ветрогенератора в виде двух смещенных относительно друг друга полуцилиндрических лопастей и небольшого (10—15 % от диаметра лопасти) перекрытия, которые образуют параллельно оси вращения роторы.

В судостроении:

  • Ротор Флеттнера — «парусная мачта» или заменяющий паруса ротор (на судне их устанавливается несколько), с помощью которого судно приводится в движение посредством ветра, благодаря эффекту Магнуса.
    Роторное судно Флеттнера
    .

Собственные имена:

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.
Электродвигатели

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

Асинхронный электродвигатель. Устройство и принцип действия. – www.motors33.ru

Асинхронный электродвигатель имеет две основные части – статор и ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. С внутренней стороны статора сделаны пазы, куда укладывается трехфазная обмотка, питаемая трехфазным током. Вращающаяся часть машины называется ротор, в пазах его тоже уложена обмотка. Статор и ротор собираются из отдельных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм. Отдельные листы стали изолируются один от другого слоем лака. Воздушный зазор между статором и ротором делается как можно меньше (0,3-0,35 мм в машинах малой мощности и 1-1,5 мм в машинах большой мощности).
В зависимости от конструкции ротора асинхронные двигатели бывают с короткозамкнутым и с фазным роторами. Наибольшее распространение получили двигатели с короткозамкнутым ротором, они просты по устройству и удобны в эксплуатации.
Трехфазная обмотка статора помещается в пазы и состоит из ряда катушек, соединенных между собой. Каждая катушка сделана из одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза.

Рис. 1. Различные виды обмотки статора асинхронных электродвигателей

На рис. 1, а) показана обмотка статора асинхронного электродвигателя. У этой обмотки каждая катушка состоит из двух проводников. Обмотка, состоящая из трех катушек, создает магнитное поле с двумя полюсами. За один период трехфазного тока магнитное поле сделает один оборот. При частоте 50 Гц это будет соответствовать 50 об/сек, или 3000 об/мин.
На рис. 1, б) показана обмотка, у которой каждая сторона катушки состоит из двух проводников.
Скорость вращения магнитного поля четырехполюсного статора вдвое меньше скорости вращения поля двухполюсного статора, т. е. 1500 об/мин (при 50 Гц). Обмотка четырехполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу показана на рис. 1, в), а с двумя проводниками на полюс и фазу – на рис. 1, г). Магнитное поле шестиполюсного статора имеет втрое меньшую скорость, чем двухполюсного, т. е. 1000 об/мин (при 50 Гц). Обмотка шестиполюсного статора с одним проводником на полюс и фазу представлена на рис. 1, д). Число всех пазов на статоре равно утроенному произведению числа полюсов статора на число пазов, приходящееся на полюс и фазу.

Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является самым распространенным из электрических двигателей, применяемых в промышленности. Рассмотрим его устройство. На неподвижной части двигателя – статоре 1 – размещается трехфазная обмотка 2 (рис. 2), питаемая трехфазным током. Начала трех фаз этой обмотки выводятся на общий щиток, укрепленный снаружи на корпусе электродвигателя.

Рис. 2. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Собранный сердечник статора укрепляют в чугунном корпусе 3 двигателя. Вращающуюся часть двигателя – ротор 4 – собирают также из отдельных листов стали. В пазы ротора закладывают медные стержни, которые с двух сторон припаивают к медным кольцам

Рис. 3. Короткозамкнутый ротор
а — ротор с короткозамкнутой обмоткой, б — «беличье колесо»,
в — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием;
1 — сердечник ротора, 2 — замыкающие кольца, 3 — медные стержни,
4 — вентиляционные лопатки
Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она по внешнему виду будет напоминать «беличье колесо». В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путем заливки его под давлением в пазы ротора. Вал 6 вращается в подшипниках, закрепленных в подшипниковых щитах 7 и 8. Щиты при помощи болтов крепятся к корпусу двигателя. На один конец вала ротора насаживается шкив для передачи вращения рабочим машинам или станкам.
Устройство статора асинхронного двигателя с фазным ротором и его обмотка не отличаются от устройства статора двигателя с короткозамкнутым ротором. Различие между этими электродвигателями заключается в устройстве ротора.

Рис. 4. Разрез асинхронного двигателя с фазным ротором
1 — вал двигателя, 2 — ротор, 3 — обмотка ротора, 4 — статор, 5 — обмотка статора, 6 — корпус, 7 — подшипниковые крышки, 8 — вентилятор, 9 — контактные кольца
Фазный ротор имеет три фазные обмотки, соединенные между собой звездой (реже треугольником). Концы фазных обмоток ротора присоединяют к трем медным кольцам, укрепленным на валу ротора и изолированным как между собой, так и от стального сердечника ротора, вследствие чего этот двигатель получил также название двигателя с контактными кольцами. Три кольца жестко насажены на вал ротора (через изоляционные прокладки). На кольца накладываются щетки, которые размещены в щеткодержателях, укрепленных на одной из подшипниковых крышек.
Щетки, скользящие по поверхности колец ротора, все время имеют с ними хороший электрический контакт и соединены, таким образом, с обмотками ротора. Щетки соединены с трехфазным реостатом.

Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие.
Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.

Тех. информация

КАК ПРАВИЛЬНО ВЫБРАТЬ ТАЛЬ

В качестве электропривода механизма подъема и механизма перемещения талей МЕХАНИКА используются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором общего назначения выполненные по ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004).

Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности.

Для правильного выбора самого двигателя, как элемента механизма подъема или перемещения, необходимо понимать конструкцию и принцип его действия.

Асинхронный двигатель- это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию.Само слово “асинхронный”означаетнеодновременный. Приэтомимеетсяввиду, чтоуасинхронныхдвигателейчастотавращениямагнитногополястаторавсегдабольшечастотывращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сетипеременного тока.

Статоримеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется «беличьей клеткой». В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

 

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь, взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

 

В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величиныsкр -критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме — 1 — 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Скорость двигателя переменного тока зависит от двух вещей: количества полю-сов обмотки статора и основной часто-ты. При частоте 50 Гц двигатель будет ра-ботать со скоростью, равной постоянной 6000, разделенной на число полюсов, при частоте 60 Гц постоянная величина будет равна 7200.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключаетсяво взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

На графике показаны типовые моментные характеристики асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Как видно из графика, номинальный крутящий момент достигатеся в конце кривой и находится на «падающей» ее части. На данном участке работы, скольжение двигателя стремится к 0. При этом необходимо обратить внимание на показатели силы тока I. Основной особенностью двигателей с короткозамкнутым ротором являются высокие пусковые токи.Собственно говоря эта особенность и определяет основные трудности в выборе (или конструировании) электродвигателя. По мере достижения ротором синхронной скорости уменьшается крутящий момент на валу двигателя, тогда как его запаздывание относительно вращения магнитного поля статора вызывает рост тока в роторе, что в свою очередь создает тепловую нагрузку от его активного сопротивления.

Таким образовм, производителю электродвигателя необходимо определить «баланс», при котором конструкция будет обеспечивать стабильный тепловой режим

 

Обмотки ротора асинхронного двигателя

Подробности
Категория: Электрические машины

Вращающаяся часть асинхронного двигателя — ротор, так же как и статор, имеет обмотку. Она помещена в пазах 1 стального цилиндра, набранного, как и сердечник статора, из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. После штамповки листы собирают в пакет, плотно сжимают, насаживают на вал двигателя и закрепляют. В пазах ротора помещается или короткозамкнутая, или фазная обмотка. Изоляцией между листами ротора обычно служит пленка окисла. Активная сталь ротора является частью магнитной цепи двигателя.

Фазный ротор асинхронного двигателя 1 — сердечник ротора; 2 — обмотка ротора; 3 — контактное кольцо

Стальной лист ротора


Продольный разрез асинхронного двигателя с фазным ротором 1 — вал; 2 — активная сталь ротора; 3 — обмотка статора; 4 — станина; 5 —   сталь статора; 6 — подшипниковый щит; 7 — контактные кольца; 8 — щетки; 9 — выводы


Беличье колесо               Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель


а                                  б                                  в
Роторы короткозамкнутые а — с обычной клеткой; б — с двойной клеткой; в — с глубокой клеткой

Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором

Короткозамкнутый ротор двигателя с алюминиевой литой обмоткой

Обмотка может быть фазной, построенной по тому же принципу, что и обмотка статора. Делается это в том случае, когда в фазы обмотки  включается добавочное сопротивление (реостат), необходимый при пуске или регулирования скорости двигателя. Фазный ротор показан на рис. Обмотка ротора 2 соединяется в звезду, а выводы подключаются к трем контактным кольцам 3, насаженным на вал ротора и изолированным от вала и друг от друга. Контактные кольца изготавливаются из меди, бронзы, редко из стали.
Продольный разрез двигателя с фазным ротором показан на рис.
Чаще изготовляются двигатели с короткозамкнутой обмоткой ротора. Если в пазы ротора уложены голые медные или алюминиевые стержни, концы которых замкнуты накоротко кольцами, то такая обмотка называется короткозамкнутой. Обмотка образует клетку, называемую беличьей; показана отдельно на рис. Короткозамкнутую обмотку ротора делают в трех модификациях: с нормальной клеткой, с двойной клеткой и с глубоким пазом. Для двигателей до 100 кВт чаще всего клетку получают путем отливки из алюминия, при этом одновременно отливаются торцевые кольца и лопасти вентилятора для охлаждения двигателя. Роторные обмотки также выполняют из меди и ее сплавов. В пазы прямоугольной или трапецеидальной формы забивают стержни, к стержням с обеих сторон припаивают твердым припоем замыкающие кольца.
Вид двигателя с фазным ротором и с короткозамкнутым, имеющим внешний обдув для охлаждения, показан на рис.

Электрический двигатель — HiSoUR История культуры

Электродвигатель представляет собой электрическую машину, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Большинство электродвигателей работают через взаимодействие между магнитным полем двигателя и токами обмотки для генерации силы в виде вращения. Электродвигатели могут питаться от источников постоянного тока (постоянного тока), таких как батареи, автомобили или выпрямители, или источники переменного тока (переменного тока), например, электросети, инверторы или электрические генераторы. Электрический генератор механически идентичен электродвигателю, но работает в обратном направлении, принимая механическую энергию (например, от проточной воды) и превращая эту механическую энергию в электрическую.

Электродвигатели могут быть классифицированы по таким соображениям, как тип источника питания, внутренняя конструкция, применение и тип выхода движения. В дополнение к типам переменного тока и постоянного тока двигатели могут быть шлифовальными или бесщеточными, могут иметь разную фазу (см. Однофазную, двухфазную или трехфазную) и могут быть либо воздушно-охлаждаемыми, либо жидкостно-охлажденными. Двигатели общего назначения со стандартными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Крупнейшие электродвигатели используются для судовых двигателей, сжатий трубопроводов и насосно-компрессорных систем с рейтингами, достигающими 100 мегаватт. Электродвигатели находятся в промышленных вентиляторах, воздуходувках и насосах, станках, бытовой технике, электроинструментах и ​​дисках. Малые двигатели можно найти в электрических часах.

В некоторых применениях, таких как рекуперативное торможение с тяговыми двигателями, электродвигатели могут использоваться в обратном порядке в качестве генераторов для восстановления энергии, которая в противном случае могла бы быть потеряна как тепло и трение.

Электродвигатели производят линейную или вращательную силу (крутящий момент) и могут отличаться от таких устройств, как магнитные соленоиды и громкоговорители, которые преобразуют электроэнергию в движение, но не генерируют полезную механическую силу, которые соответственно называются приводами и преобразователями.

Компоненты

ротор
В электродвигателе движущаяся часть представляет собой ротор, который превращает вал в механическую мощность. Ротор обычно содержит в себе проводники, которые переносят токи, которые взаимодействуют с магнитным полем статора, чтобы генерировать силы, которые поворачивают вал. В качестве альтернативы, некоторые роторы имеют постоянные магниты, а статор удерживает проводники.

Подшипники
Ротор поддерживается подшипниками, которые позволяют ротору поворачивать свою ось. Подшипники, в свою очередь, поддерживаются корпусом двигателя. Вал двигателя проходит через подшипники к внешней стороне двигателя, где применяется нагрузка. Поскольку силы нагрузки выходят за самый внешний подшипник, нагрузка, как говорят, нависает.

статор
Статор является неподвижной частью электромагнитного контура двигателя и обычно состоит из обмоток или постоянных магнитов. Ядро статора составлено из множества тонких металлических листов, называемых ламинациями. Ламинирование используется для уменьшения потерь энергии, которые могут возникнуть при использовании твердого сердечника.

Воздушный зазор
Расстояние между ротором и статором называется воздушным зазором. Воздушный зазор имеет важные последствия и, как правило, как можно меньше, поскольку большой разрыв оказывает сильное отрицательное влияние на производительность. Это основной источник низкого коэффициента мощности при работе двигателей. Ток намагничивания увеличивается с воздушным зазором. По этой причине воздушный зазор должен быть минимальным. Очень небольшие промежутки могут создавать механические проблемы в дополнение к шуму и потерям.

Обмотки
Обмотки — это провода, которые укладываются в катушки, обычно обернутые вокруг ламинированного магнита с мягким железом, чтобы образовывать магнитные полюса при подаче тока с напряжением.

Электрические машины поставляются в двух основных конфигурациях полюсных магнитных полюсов: конфигурации с несимметричным и неосновным полюсом. Магнитное поле полюса в механизме с шестью полюсами создается намоткой вокруг полюса под поверхностью полюса. В нейтральном полюсе, или в распределенном поле, или в кольцевом роторе, обмотка распределяется в гнездах полюсных граней. Двигатель с заштрихованным полюсом имеет обмотку вокруг части полюса, которая задерживает фазу магнитного поля для этого полюса.

Некоторые двигатели имеют проводники, состоящие из более толстого металла, такого как стержни или металлические листы, обычно медь, альтернативно алюминий. Обычно они питаются от электромагнитной индукции.

коммутатор
Коммутатор — это механизм, используемый для переключения входа большинства машин постоянного тока и некоторых машин переменного тока. Он состоит из сегментов скольжения, изолированных друг от друга и от вала. Ток якоря двигателя подается через стационарные щетки, находящиеся в контакте с вращающимся коммутатором, что вызывает необходимость изменения тока, и подает питание на машину оптимальным образом, так как ротор вращается от полюса к полюсу. В отсутствие такого поворота тока двигатель остановился бы. В свете усовершенствованных технологий в электронном контроллере, бессенсорном управлении, асинхронном двигателе и полях с постоянным магнитом, двигатели с индуктивным и постоянным магнитом с внешним переключением вытесняют электромеханически коммутируемые двигатели.

Электроснабжение и контроль

Электродвигатели
Электродвигатель постоянного тока обычно подается через коммутатор кольцевого уплотнения, как описано выше. Электродвигатели переменного тока могут быть либо коммутирующими кольцами, либо коммутируемыми по внешнему виду, могут быть типами с фиксированной скоростью или переменной скоростью и могут быть синхронными или асинхронными. Универсальные двигатели могут работать как от переменного тока, так и от постоянного тока.

Блок управления двигателем
Двигатели переменного тока с фиксированной скоростью снабжены пускателями прямого и плавного пуска.

Электродвигатели переменного тока с регулируемой частотой вращения оснащены различными инверторами мощности, частотно-регулируемым или электронным коммутатором.

Термин электронный коммутатор обычно связан с самокоммутируемым бесщеточным двигателем постоянного тока и переключаемыми двигателями с сопротивлением.

Основные категории
Электродвигатели работают на трех различных физических принципах: магнетизм, электростатика и пьезоэлектричество. Безусловно, наиболее распространенным является магнетизм.

В магнитных двигателях образуются магнитные поля как ротора, так и статора. Продукт между этими двумя полями вызывает силу и, следовательно, крутящий момент на валу двигателя. Один или оба из этих полей должны быть изменены с поворотом двигателя. Это делается путем включения и выключения полюсов в нужное время или изменения силы полюса.

Основными типами являются двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока, причем первые все чаще перемещаются последним.

Электродвигатели переменного тока являются либо асинхронными, либо синхронными.

После запуска синхронный двигатель требует синхронизации с синхронной скоростью движущегося магнитного поля для всех условий нормального крутящего момента.

В синхронных машинах магнитное поле должно быть обеспечено с помощью иных средств, чем индукция, например, от отдельно возбужденных обмоток или постоянных магнитов.

Двигатель с дробной мощностью (FHP) имеет рейтинг ниже 1 лошадиной силы (0,746 кВт) или изготовлен со стандартным размером кадра, меньшим, чем стандартный двигатель 1 л.с. Многие бытовые и промышленные двигатели находятся в классе дробных лошадей.

Сокращения:

BLAC — Бесщеточный AC
BLDC — Бесщеточный DC
BLDM — бесщеточный двигатель постоянного тока
EC — электронный коммутатор
PM — постоянный магнит
IPMSM — Внутренний синхронный двигатель с постоянными магнитами
PMSM — синхронный двигатель с постоянным магнитом
SPMSM — Синхронный двигатель с постоянным магнитом на поверхности
SCIM — Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
SRM — Электродвигатель с переключаемым сопротивлением
SyRM — синхронный двигатель сопротивления
VFD — Преобразователь частоты
WRIM — Асинхронный двигатель с поврежденным ротором
WRSM — синхронный двигатель с поврежденным ротором
LRA — Блокированные роторные усилители: ток, который вы можете ожидать при пусковых условиях при приложении полного напряжения. Это происходит мгновенно во время запуска.
RLA — Номинальные нагрузки: максимальный ток, который двигатель должен потреблять при любых условиях эксплуатации. Часто ошибочно называемый ходовой усилитель, который заставляет людей поверить, неправильно, что двигатель должен всегда тянуть эти усилители.
FLA — усилители полной нагрузки: изменен в 1976 году на «RLA — номинальные нагрузки».

Автомодулированный двигатель

Машинный двигатель постоянного тока
По определению, все самокоммутируемые двигатели постоянного тока работают от постоянного тока. Большинство двигателей постоянного тока являются малыми типами постоянного магнита (PM). Они содержат внутреннюю механическую коммутацию с маховиком, чтобы обменивать ток обмоток двигателя синхронно с вращением.

Электродвигатель постоянного тока
Коммутируемый двигатель постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также имеется коммутатор, долговременный поворотный электрический выключатель, который периодически меняет поток тока в обмотках ротора при вращении вала. Таким образом, каждый мостовой двигатель постоянного тока имеет переменный ток, проходящий через вращающиеся обмотки. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, которые несут на коммутаторе; щеточки соединяют внешний источник электроэнергии с вращающейся арматурой.

Вращающаяся арматура состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанной вокруг ламинированного магнитомягкого ферромагнитного сердечника. Ток от щетки протекает через коммутатор и одну обмотку якоря, делая его временным магнитом (электромагнитом). Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо ПМ, либо другой обмоткой (полевой катушкой), как часть каркаса двигателя. Сила между двумя магнитными полями имеет тенденцию вращать вал двигателя. Коммутатор переключает питание на катушки при повороте ротора, удерживая магнитные полюса ротора от когда-либо полностью совпадающего с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как стрелка компаса), а скорее вращается до тех пор, пока применяется питание.

Многие из ограничений классического двигателя постоянного тока коммутатора обусловлены необходимостью щеток нажимать на коммутатор. Это создает трение. Искры создаются цепями изготовления и разрушения щеток через катушки ротора, когда кисти пересекают изоляционные промежутки между участками коммутатора. В зависимости от конструкции коммутатора это может включать в себя кисти, замыкающие вместе соседние секции — и, следовательно, концы катушек — мгновенно, в то время как пересекают промежутки. Кроме того, индуктивность катушек ротора приводит к тому, что напряжение на каждом из них поднимается, когда его цепь открыта, увеличивая искру щетки. Это искрообразование ограничивает максимальную скорость машины, так как слишком быстрое искрообразование перегревает, размывает или даже расплавляет коммутатор. Плотность тока на единицу площади щеток в сочетании с их удельным сопротивлением ограничивает выход двигателя. Изготовление и размыкание электрического контакта также создает электрический шум; искрообразование генерирует RFI. Щетки в конце концов изнашиваются и требуют замены, и сам коммутатор подвержен износу и обслуживанию (на больших двигателях) или замене (на малых двигателях). Комбинация коммутатора на большом двигателе является дорогостоящим элементом, требующим точной сборки многих деталей. На небольших двигателях коммутатор обычно постоянно встроен в ротор, поэтому замена его обычно требует замены всего ротора.

Хотя большинство коммутаторов являются цилиндрическими, некоторые из них представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (как правило, не менее трех), установленных на изоляторе.

Большие щетки желательны для большей площади контакта щетки, чтобы максимизировать мощность двигателя, но небольшие щеточки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, с которой двигатель может работать, без чрезмерного отскока и искрения щеток. (Маленькие щетки также желательны для более низкой стоимости.) Более жесткие пружины для щеток также могут использоваться для создания щеток заданной массы на более высокой скорости, но за счет больших потерь на трение (меньшая эффективность) и износа ускоренной щетки и коммутатора. Поэтому конструкция электродвигателя постоянного тока влечет за собой компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью / износом.

Машины постоянного тока определяются следующим образом:

Схема арматуры — обмотка, в которой переносится ток нагрузки, который может быть неподвижной или вращающейся частью двигателя или генератора.
Полевая схема — набор обмоток, создающих магнитное поле, так что электромагнитная индукция может иметь место в электрических машинах.
Коммутация. Механическая техника, в которой может быть достигнута ректификация, или из которой может быть получен DC, в машинах постоянного тока.

Существует пять типов электродвигателей постоянного тока: —

Электродвигатель с шунтовой намоткой DC
Электродвигатель постоянного тока постоянного тока
Комбинированный двигатель постоянного тока (две конфигурации):
Кумулятивное соединение
Дифференциально усугубляется
Двигатель постоянного тока PM (не показан)
Отдельно возбужденный (не показан).

Двигатель постоянного магнита постоянного тока
Двигатель ПМ (постоянный магнит) не имеет обмотки возбуждения на раме статора, вместо этого полагаясь на ПМ, чтобы обеспечить магнитное поле, с которым взаимодействует поле ротора, для создания крутящего момента. Компенсирующие обмотки последовательно с арматурой могут использоваться на больших двигателях для улучшения коммутации под нагрузкой. Поскольку это поле исправлено, его нельзя настроить для управления скоростью. Поля PM (статоры) удобны в миниатюрных двигателях, чтобы исключить потребление энергии обмотки. Большинство двигателей постоянного тока имеют тип «динамо», которые имеют обмотки статора. Исторически сложилось так, что ТМ не могли быть использованы для сохранения высокого потока, если они были разобраны; полевые обмотки были более практичными для получения необходимого количества потока. Однако большие ТЧ являются дорогостоящими, а также опасными и трудными для сборки; это способствует раневым полям для больших машин.

Для минимизации общего веса и размера миниатюрные двигатели PM могут использовать магниты с высокой энергией, изготовленные из неодима или других стратегических элементов; большинство из них — неодимово-железо-борный сплав. С их более высокой плотностью потока электрические машины с высокоэнергетическими ПМ не менее конкурентоспособны со всеми оптимально разработанными одноразовыми синхронными и индукционными электрическими машинами. Миниатюрные двигатели напоминают конструкцию на иллюстрации, за исключением того, что у них есть по крайней мере три полюса ротора (чтобы обеспечить запуск, независимо от положения ротора), а их внешний корпус представляет собой стальную трубку, которая магнитно соединяет экстерьеры изогнутых магнитов поля.

Электродвигатель с электронным коммутатором (EC)

Бесщеточный двигатель постоянного тока
Некоторые проблемы с мотором постоянного тока устраняются в конструкции BLDC. В этом двигателе механический «поворотный переключатель» или коммутатор заменяется внешним электронным переключателем, синхронизированным с положением ротора. Двигатели BLDC обычно на 85-90% эффективны или более. Сообщалось о эффективности для двигателя BLDC до 96,5%, в то время как двигатели постоянного тока с щеткой обычно составляют 75-80%.

Характерная форма трапецеидальной противоэлектродвижущей силы (CEMF) двигателя BLDC происходит частично от обмотки статора, равномерно распределенной, а частично от размещения постоянных магнитов ротора. Также известный как электронно-коммутируемый постоянный или внутренний двигатель постоянного тока, обмотки статора трапециевидных двигателей BLDC могут быть однофазными, двухфазными или трехфазными и использовать датчики эффекта Холла, установленные на их обмотках для определения положения ротора и низкой стоимости закрытых -увеличение управления электронным коммутатором.

Двигатели BLDC обычно используются там, где требуется точное управление скоростью, например, в компьютерных дисках или в кассетных магнитофонах, шпиндели на дисках CD, CD-ROM (и т. Д.) И механизмы внутри офисных продуктов, такие как вентиляторы, лазерные принтеры и копировальные машины. Они имеют несколько преимуществ перед обычными двигателями:

По сравнению с вентиляторами переменного тока, использующими двигатели с заштрихованным полюсом, они очень эффективны, работают намного холоднее, чем эквивалентные двигатели переменного тока. Эта холодная операция приводит к значительному улучшению срока службы подшипников вентилятора.
Без отключения коммутатора срок службы двигателя BLDC может быть значительно больше по сравнению с двигателем постоянного тока с использованием щеток и коммутатора. Коммутация также имеет тенденцию вызывать большой электрический и радиочастотный шум; без коммутатора или щеток, двигатель BLDC может использоваться в электрически чувствительных устройствах, таких как аудиооборудование или компьютеры.
Те же датчики эффекта Холла, которые обеспечивают коммутацию, также могут обеспечить удобный сигнал тахометра для приложений с замкнутым контуром (с сервоуправлением). В вентиляторах сигнал тахометра может использоваться для получения сигнала «fan OK», а также для обеспечения обратной связи по скорости.
Мотор можно легко синхронизировать с внутренними или внешними часами, что обеспечивает точное управление скоростью.
Двигатели BLDC не имеют возможности искрообразования, в отличие от мостовых двигателей, что делает их лучше подходящими для окружающей среды с летучими химическими веществами и топливом. Кроме того, искрение создает озон, который может накапливаться в плохо вентилируемых зданиях, рискуя причинить вред здоровью пассажиров.
Двигатели BLDC обычно используются в небольшом оборудовании, таком как компьютеры, и обычно используются в вентиляторах, чтобы избавиться от нежелательного тепла.
Они также являются акустически очень тихими двигателями, что является преимуществом при использовании в оборудовании, на которое влияют вибрации.
Современные двигатели BLDC имеют мощность от доли ватт до многих киловатт. Большие двигатели BLDC мощностью до 100 кВт используются в электромобилях. Они также находят значительное применение в высокопроизводительных электрических моделях самолетов.

Электродвигатель с переключаемым сопротивлением
SRM не имеет щеток или постоянных магнитов, а ротор не имеет электрических токов. Вместо этого крутящий момент возникает из-за небольшого несоосности полюсов на роторе с полюсами на статоре. Ротор выравнивается с магнитным полем статора, в то время как обмотки возбуждения статора последовательно возбуждаются, чтобы вращать поле статора.

Магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения, следует по пути наименьшего магнитного сопротивления, что означает, что поток будет проходить через полюсы ротора, которые ближе всего к полюсам возбуждения статора, тем самым намагничивая эти полюса ротора и создавая крутящий момент. По мере того, как ротор вращается, различные обмотки будут под напряжением, поддерживая поворот ротора.

SRM используются в некоторых устройствах и транспортных средствах.

Универсальный двигатель переменного / постоянного тока
Коммутируемая электрически возбужденная серия или двигатель с параллельной намоткой называется универсальным двигателем, поскольку он может быть спроектирован для работы от сети переменного или постоянного тока. Универсальный двигатель может хорошо работать на переменном токе, потому что ток как в поле, так и в катушках якоря (и, следовательно, в возникающих магнитных полях) будет чередоваться (обратная полярность) синхронно, и, следовательно, возникающая механическая сила будет происходить в постоянном направлении вращения ,

Работая на нормальных частотах линий электропередачи, универсальные двигатели часто находятся в диапазоне менее 1000 Вт. Универсальные двигатели также легли в основу традиционного железнодорожного тягового двигателя в электрических железных дорогах. В этом приложении использование переменного тока для питания двигателя, первоначально спроектированного для работы на постоянном токе, приведет к потерям эффективности из-за нагрева вихревых токов их магнитных компонентов, в частности полюсов полюсов двигателя, которые для постоянного тока использовали бы твердое ( без ламинированного) железа, и в настоящее время они редко используются.

Преимущество универсального двигателя заключается в том, что источники питания переменного тока могут использоваться на двигателях, которые имеют более общие характеристики в двигателях постоянного тока, особенно высокий пусковой момент и очень компактную конструкцию, если используются высокие скорости движения. Отрицательным аспектом является поддержание и короткие жизненные проблемы, вызванные коммутатором. Такие двигатели используются в устройствах, таких как смесители для пищевых продуктов и электроинструменты, которые используются только периодически, и часто имеют высокие требования к стартовому крутящему моменту. Несколько кранов на катушке поля обеспечивают (неточную) ступенчатую регулировку скорости. Бытовые смесители, которые рекламируют многие скорости, часто объединяют полевую катушку с несколькими отводами и диод, который может быть вставлен последовательно с двигателем (заставляя двигатель работать на полуволновом выпрямленном переменном токе). Универсальные двигатели также поддаются электронному регулированию скорости и, как таковые, являются идеальным выбором для таких устройств, как бытовые стиральные машины. Мотор можно использовать для взбалтывания барабана (как вперед, так и назад) путем переключения обмотки возбуждения относительно якоря.

В то время как SCIM не могут поворачивать вал быстрее, чем допускается частотой линии электропередач, универсальные двигатели могут работать на гораздо более высоких скоростях. Это делает их полезными для таких приборов, как блендеры, пылесосы и фены, где требуется высокая скорость и малый вес. Они также широко используются в переносных электроинструментах, таких как сверла, шлифовальные станки, циркулярные и джип-пилы, где характеристики двигателя хорошо работают. Многие пылесосы и триммеры с сорняками превышают 10 000 об / мин, в то время как многие аналогичные миниатюрные шлифовальные машины превышают 30 000 об / мин.

Внешняя коммутируемая машина переменного тока
Конструкция индукционных и синхронных двигателей переменного тока оптимизирована для работы на однофазной или многофазной синусоидальной или квазисинусоидальной мощности сигнала, например, для приложений с фиксированной скоростью от сети переменного тока переменного тока или для применения с переменной скоростью от контроллеров VFD. Электродвигатель переменного тока имеет две части: стационарный статор, имеющий катушки, снабженные переменным током для создания вращающегося магнитного поля, и ротор, прикрепленный к выходному валу, которому задан крутящий момент вращающимся полем.

Индукционный двигатель
Асинхронный двигатель с сердечником и раневым ротором
Асинхронный двигатель представляет собой асинхронный двигатель переменного тока, где мощность передается ротору электромагнитной индукцией, подобно действию трансформатора. Асинхронный двигатель напоминает вращающийся трансформатор, потому что статор (неподвижная часть) по существу является первичной стороной трансформатора, а ротор (вращающаяся часть) является вторичной стороной. Многофазные асинхронные двигатели широко используются в промышленности.

Асинхронные двигатели могут быть дополнительно разделены на индукционные двигатели с короткозамкнутым ротором и индукционные двигатели роторного ротора (WRIM). SCIM имеют тяжелую обмотку, состоящую из сплошных стержней, обычно из алюминия или меди, соединенных кольцами на концах ротора. Когда вы рассматриваете только бары и кольца в целом, они очень похожи на вращающуюся клетку для упражнений животного, отсюда и название.

Токи, индуцированные в этой обмотке, обеспечивают магнитное поле ротора. Форма роторных стержней определяет характеристики крутящего момента. На низких скоростях ток, индуцированный в клетке белка, почти на частоте линии и, как правило, находится во внешних частях клетки ротора. По мере того, как двигатель разгоняется, частота скольжения становится ниже, и больше тока находится внутри обмотки. При формовании стержней для изменения сопротивления намоточных частей во внутренней и внешней частях сепаратора эффективно встраивается переменное сопротивление в цепь ротора. Однако большинство таких двигателей имеют одинаковые стержни.

В WRIM обмотка ротора состоит из многих витков изолированного провода и соединена с кольцами скольжения на валу двигателя. В цепи ротора можно подключить внешний резистор или другие управляющие устройства. Резисторы позволяют контролировать скорость двигателя, хотя значительная мощность рассеивается во внешнем сопротивлении. Преобразователь можно подавать из цепи ротора и возвращать мощность частоты скольжения, которая иначе была бы потеряна обратно в систему питания через инвертор или отдельный двигатель-генератор.

WRIM используется в первую очередь для запуска высокой инерционной нагрузки или нагрузки, которая требует очень высокого пускового момента в полном диапазоне скоростей. Правильно выбирая резисторы, используемые в стартере вторичного сопротивления или стартера, двигатель способен производить максимальный крутящий момент при относительно низком токе питания от нулевой скорости до полной скорости. Этот тип двигателя также обеспечивает контролируемую скорость.

Скорость двигателя можно изменить, потому что кривая крутящего момента двигателя эффективно изменяется на величину сопротивления, подключенного к цепи ротора. Увеличение значения сопротивления приведет к уменьшению скорости максимального крутящего момента. Если сопротивление, связанное с ротором, увеличивается за пределами точки, где максимальный крутящий момент происходит с нулевой скоростью, крутящий момент будет далее уменьшен.

При использовании с нагрузкой, которая имеет кривую крутящего момента, которая увеличивается со скоростью, двигатель будет работать на скорости, когда крутящий момент, развиваемый двигателем, равен крутящему моменту нагрузки. Уменьшение нагрузки приведет к тому, что двигатель ускорится, а увеличение нагрузки приведет к замедлению двигателя до тех пор, пока нагрузка и крутящий момент двигателя не будут равны. Таким образом, потери скольжения рассеиваются во вторичных резисторах и могут быть очень значительными. Регулирование скорости и чистая эффективность также очень низки.

Моментный двигатель
Мотор с крутящим моментом представляет собой специализированную форму электродвигателя, которая может работать бесконечно при остановке, т. Е. Когда ротор заблокирован от поворота, без каких-либо повреждений. В этом режиме работы двигатель будет применять устойчивый крутящий момент к нагрузке (отсюда и название).

Общее применение мотора с крутящим моментом было бы двигателем подающей и приемной катушки в ленточном накопителе. В этом приложении, приводимом в действие от низкого напряжения, характеристики этих двигателей позволяют относительно постоянное световое натяжение прикладываться к ленте независимо от того, подает ли лента лента за головки ленты. Двигатели с крутящим моментом, управляемые более высоким напряжением (и, таким образом, обеспечивающие более высокий крутящий момент), также могут выполнять ускоренную перемотку вперед и назад, не требуя каких-либо дополнительных механических механизмов, таких как шестерни или муфты. В мире компьютерных игр крутящие моторы используются в рулях с обратной связью с обратной связью.

Другим распространенным применением является управление дросселем двигателя внутреннего сгорания в сочетании с электронным регулятором. При этом использовании двигатель работает против возвратной пружины для перемещения дроссельной заслонки в соответствии с выходом регулятора. Последний контролирует обороты двигателя путем подсчета электрических импульсов от системы зажигания или от магнитного датчика и, в зависимости от скорости, делает небольшие корректировки величины тока, приложенного к двигателю. Если двигатель начинает замедляться относительно желаемой скорости, ток будет увеличен, двигатель будет развивать больше крутящего момента, потянув за возвратную пружину и открыв дроссель. Если двигатель работает слишком быстро, регулятор уменьшает ток, подаваемый на двигатель, заставляя возвратную пружину отступать и закрывать дроссель.

Синхронный двигатель
Синхронный электродвигатель представляет собой двигатель переменного тока, отличающийся ротором, вращающимся с магнитами, проходящими через катушки, с той же скоростью, что и переменный ток, и приводящее к магнитному полю, которое его возбуждает. Другой способ сказать это то, что он имеет нулевое скольжение при обычных условиях эксплуатации. Сравните это с асинхронным двигателем, который должен проскользнуть, чтобы создать крутящий момент. Один тип синхронного двигателя похож на асинхронный двигатель, за исключением того, что ротор возбуждается полем постоянного тока. Для проведения тока к ротору используются скользящие кольца и щетки. Полюсы ротора соединяются друг с другом и движутся с той же скоростью, что и название синхронного двигателя. Другой тип, для низкого крутящего момента нагрузки, имеет плоские поверхности на обычном роторе с короткозамкнутым ротором для создания дискретных полюсов. Еще один, например, сделанный Хаммондом для часов до Второй мировой войны, и в более старых органах Хаммонда, не имеет витков ротора и дискретных полюсов. Он не запускается самостоятельно. Часы требуют ручного запуска с помощью маленькой ручки на задней панели, в то время как у более старых органов Хаммонда был вспомогательный пусковой двигатель, подключенный подпружиненным ручным переключателем.

Наконец, синхронные двигатели с гистерезисом обычно представляют собой (по существу) двухфазные двигатели с фазосдвигающим конденсатором для одной фазы. Они начинаются как асинхронные двигатели, но когда скорость скольжения уменьшается достаточно, ротор (гладкий цилиндр) временно намагничивается. Его распределенные полюса заставляют его действовать как синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM). Материал ротора, как и обычный гвоздь, будет оставаться намагниченным, но также может быть размагничен с небольшими трудностями. После запуска полюса ротора остаются на месте; они не дрейфуют.

Мощные синхронные моторы с синхронизацией (например, для традиционных электрических часов) могут иметь многополюсные постоянные роторы постоянных магнитов и использовать заслонки для обеспечения пускового момента. Электродвигатели с тактовой частотой имеют заштрихованные полюса для пускового момента и двухспицевый кольцевой ротор, который работает как дискретный двухполюсный ротор.

Электрическая машина с двойным питанием
Электродвигатели с двойным питанием имеют два независимых многофазных намоточных устройства, которые вносят активную (то есть рабочую) мощность в процесс преобразования энергии, причем, по меньшей мере, один из наборов намотки электронным образом управляется для работы с переменной скоростью. Два независимых многофазных намотки (т. Е. Двойная арматура) являются максимальными, предусмотренными в одном пакете без дублирования топологии. Электродвигатели с двойным питанием представляют собой машины с эффективным диапазоном скоростей крутящего момента, который является двойной синхронной скоростью для данной частоты возбуждения. Это в два раза больше диапазона крутящего момента с постоянным крутящим моментом в качестве однонаправленных электрических машин, которые имеют только одну активную намотку.

Двигатель с двойным питанием позволяет использовать меньший электронный преобразователь, но стоимость намотки и скольжения ротора может компенсировать экономию компонентов силовой электроники. Трудности с управляющей скоростью вблизи приложений с ограничением скорости.

Поделиться ссылкой:

  • Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
  • Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)
  • Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)

Related

Виды отказов асинхронных двигателей, их Признаки, причины и методы устранения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

© Н.риведены наиболее часто встречающиеся отказы асинхронных двигателей, их призна-П П ки, причины и основные методы их устранения.

Асинхронные машины

Неисправность Признаки Причина Устранение

Искрение щеток и обгорание контактных колец (для двигателей с фазным ротором) Щетки искрят; некоторые щетки и их арматура сильно нагреваются и обгорают. Щетки плохо пришлифованы. Пришлифовать щетки к контактным кольцам стеклянной шкуркой. Применять для шлифовки щеток наждачную бумагу нельзя

Щетки не могут свободно двигаться в обойме щеткодержателя, что ухудшает контакт между контактными кольцами и щетками. Поставить щетки такого размера, чтобы они свободно передвигались и не зажимались в обойме щеткодержателя; в случае надобности припилить и пришлифовать щетки. Нормальный зазор между щеткой и обоймой составляет 0,2—0,3 мм.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Контактные кольца и щетки загрязнены. Иногда причиной загрязнения служит попадание масла из подшипника. Очистить контактные кольца и щетки от грязи и про- тереть их чистой неволокнистой тряпкой, слегка смоченной бензином. Устранить причины попадания масла из подшипника.

Контактные кольца имеют неровную поверхность или бьют. Отшлифовать или обточить контактные кольца

Щетки слабо прижаты к контактным кольцам. Отрегулировать нажатие щеток по заводским нормам

Поставлены щетки неподходящей марки. Поставить щетки, предписанные заводом, или подобрать щетки соответствующей марки

Ток неравномерно распределяется между отдельными щетками. Это может быть из-за плохого контакта в цепи щеткодержателей и токоподводов, неодинакового нажатия щеток или применения щеток различных марок. Проверить и исправить все контакты траверсы, токоподводов, щеткодержателей и щеток. Отрегулировать равномерное нажатие щеток соответственно применяемой марке щеток (см. приложение 5). Применять щетки только одной марки. В случае невозможности получения одинаковых щеток для всей машины, распределить щетки таким образом, чтобы на каждом кольце были поставлены щетки только одной

марки

Перегрев машины Равномерно перегрета вся машина. Других признаков ненормальной работы нет Машина перегружена. Если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допустимой нагрузке машины.

Двигатель, предназначенный для кратковременной или повторно — кратковременной работы, эксплуатируется длительно. Соблюдать номинальный режим работы машины

Вентиляционные пути машины засорились; активная сталь и обмотки покрылись теплоизолирующим слоем мелких волокон и пыли. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воздух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую.

Направление вращения машины, имеющей вентилятор с наклонными крыльями, выбрано неправильно, что значительно снижает подачу воздуха. Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора.

Воздушный канал или трубопровод (у машин с подво- Увеличить площадь сечения канала или трубопровода до нужной вели-

димым извне охлаждающим воздухом) обладает недостаточным сечением или же имеет слишком много изгибов.

чины; устранить излишнее число изгибов.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Засорились воздушные фильтры. Матерчатые фильтры очистить от грязи и пыли. Чистку удобнее всего производить пылесосом. Висцино-вые фильтры промыть сначала керосином, а затем горячим раствором соды и заполнить свежим маслом.

Неисправен воздухоохладитель Отсутствие тепловой изоляции воздухопровода для выходящего воздуха в машине с замкнутой системой вентиляции повышает нагрев машины. В подобных случаях рекомендуется установить тепловую изоляцию на выводном воздухопроводе.

Перегрев активной стали статора Активная сталь статора равномерно перегрета, хотя нагрузка двигателя не превышает номинальной. Напряжение сети выше номинального. Снизить напряжение сети до номинального. Если это невозможно, то усилить вентиляцию двигателя, запросив завод-изготовитель о способах ее усиления. Если и после усиления вентиляции перегрев стали будет выше допустимого и возникнет опасение за бесперебойную работу двигателя, то заменить двига-

тель другим, соответствующим напряжению сети.

Наблюдается повышенный местный нагрев активной стали при холостом ходе двигателя и номинальном напряжении сети. Между отдельными листами активной стали имеются местные замыкания, вызванные заусенцами, образовавшимися при опиловке, или же из-за задевания ротора о статор во время работы двигателя. Удалить заусенцы; обработать места замыкания острым напильником; разъединить соединительные листы стали и пролакировать их изоляционным лаком воздушной сушки

Произошло соединение между стяжными болтами и активной сталью (в машинах старой конструкции). Исправить изоляцию стяжных болтов или заменить поврежденные болты новыми; в большинстве случаев для этого необходимо произвести частичную или полную перемотку обмотки статора.

Зубцы активной стали в отдельных местах выгорели и оплавились вследствие коротких замыканий в обмотке статора или пробоя обмотки на корпус. Вырубить или вырезать поврежденные места. Между отдельными листами проложить тонкий электрокартон или пластинки слюды и пролакировать их изоляционным лаком. Такой способ ремонта обычно дает хорошие результаты при тщательном изолировании друг от друга отдельных листов стали для предотвращения образования новых внутренних замыканий. При большом числе повреждений стали необходимо произвести полную перешихтовку ее,

что связано с перемоткой статора. До укладки обмотки необходимо исправленную активную сталь статора испытать на отсутствие замыканий между листами. Испытание проводится с помощью намагничивающей обмотки, питаемой однофазным током при индукции в стали, равной 1 Тл. Отсутствие местных перегревов в стали свидетельствует об удовлетворительном ремонте.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Перегрев обмотки статора Наблюдается общий равномерный перегрев всей обмотки статора. Двигатель перегружен, или нарушена его нормальная вентиляция. Если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допустимой нагрузке машины. Соблюдать номинальный режим работы машины. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воздух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую.

Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора. Увеличить площадь сечения канала или трубопровода до нужной величины; устранить излишнее число изгибов. Матерчатые фильтры очистить от грязи и пыли. Чистку удобнее всего производить пылесосом. Висцино-вые фильтры промыть сначала керосином, а затем горячим раствором соды и заполнить свежим маслом. Отсутствие тепловой изоляции воздухопровода для выходящего воздуха в машине с замкнутой системой вентиляции повышает нагрев машины. В подобных случаях рекомендуется установить тепловую изоляцию на выводном воздухопроводе.

Напряжение на зажимах двигателя ниже номинального, вследствие чего двигатель при номинальной мощности перегружен током. Повысить напряжение до номинального или уменьшить нагрузку до номинальной силы тока.

Обмотка статора соединена не звездой, а треугольни- Соединить обмотку статора звездой.

ком.

Обмотка статора местами сильно нагревается. Сила тока в отдельных фазах неодинакова. Двигатель сильно гудит и развивает пониженный крутящий момент. Междувитковое соединение в обмотке статора. Ощупать обмотку после ее отключения. Ощупывание обмотки следует производить только при выключенной обмотке. Чтобы найти дефект в фазном роторе асинхронного двигателя, ротор затормаживают и включают статор в сеть. В случае замыкания значительной части обмотки ротора или если двигатель имеет большую мощность, затормаживание при номинальном напряжении становится невозможным, так как вызывает большую силу тока в статоре и срабатывание защиты двигателя. В таких случаях испытание рекомендуется производить при пониженном напряжении.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Неправильно соединены катушки одной фазы; одна или несколько катушек «перевернуты» Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю, а при отсутствии ее — по буквенным обозначениям выводов обмотки, руководствуясь нормальной схемой.

Обмотка одной фазы замкнута на землю в двух местах. Найти при помощи мегомметра или контрольной лампы место замыкания обмотки на землю и устранить это замыкание; в случае надобно-

сти перемотать поврежденные катушки.

Короткое замыкание между двумя фазами. Найти место короткого замыкания. Поврежденное место отремонтировать или же перемотать поврежденную часть обмотки.

Перегрев обмотки ротора Вся обмотка ротора равномерно перегрета. У двигателя пониженная частота вращения. Других неисправностей не обнаружено. Машина перегружена. Если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допустимой нагрузке машины.

Двигатель, предназначенный для кратковременной или повторно — кратковременной работы, эксплуатируется длительно. Соблюдать номинальный режим работы машины

Вентиляционные пути машины засорились; активная сталь и обмотки покрылись теплоизолирующим слоем мелких волокон и пыли. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воздух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую.

Направление вращения машины, имеющей вентилятор с наклонными Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора.

крыльями, выбрано неправильно, что значительно снижает подачу воздуха.

Воздушный канал или трубопровод (у машин с подводимым извне охлаждающим воздухом) обладает недостаточным сечением или же имеет слишком много изгибов. Увеличить площадь сечения канала или трубопровода до нужной величины; устранить излишнее число изгибов.

Засорились воздушные фильтры. Матерчатые фильтры очистить от грязи и пыли. Чистку удобнее всего производить пылесосом. Висцино-вые фильтры промыть сначала керосином, а затем горячим раствором соды и заполнить свежим маслом.

Неисправен воздухоохладитель Отсутствие тепловой изоляции воздухопровода для выходящего воздуха в машине с замкнутой системой вентиляции повышает нагрев машины. В подобных случаях рекомендуется установить тепловую изоляцию на выводном воздухопроводе.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Наблюдается общий равномерный перегрев всей обмотки Напряжение на зажимах двигателя ниже номинального, вследствие чего Повысить напряжение до номинального или уменьшить нагрузку до номинальной силы тока.

ротора

Ротор, а иногда и статор перегреваются. Двигатель гудит, ток в статоре сильно пульсирует. Двига-

тель с нагрузкой плохо идет в ход и не развивает номинальной частоты вращения; момент

вращения меньше номинального.

двигатель при номинальной мощности перегружен током.

Неисправность вызывается плохим контактом в цепи ротора. В фазном роторе возможны случаи А -Д

А). Плохой контакт в пайках лобовых частей обмотки или нулевой точке, в переходных соединениях между стержнями или в соединениях между параллельными группами.

Б). Плохой контакт в соединениях обмотки с контактными кольцами.

В). Плохой контакт в щеточном аппарате или же ослабли контакты механизма для короткого замыкания ротора и подъема щеток вследствие механической неисправности, загрязнения или попадания масла.

Тщательно проверить все пайки обмоток ротора; те из них, которые неисправны или внушают подозрение, перепаять. Если наружным осмотром не удается обнаружить место плохой пайки, то необходимо произвести проверку паек обмотки ротора методом падения напряжения.

Проверить контакты токоподводов в местах соединения их с обмоткой и контактными кольцами.

При перегрузке машины, если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допустимой нагрузке машины. Соблюдать номинальный режим работы машины. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воз-

дух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую. Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора. Увеличить площадь сечения канала или трубопровода до нужной величины; устранить излишнее число изгибов.

Г). Плохой контакт в соединениях между контактными кольцами и пуско-вым реостатом._____________

Проверить исправность контактов в местах присоединения соединительных проводов к выводам рото-ра и пускового реостата.___________

Д). Плохой контакт в пусковом реостате, например, из-за недостаточного при-легания щеток.

Проверить и почистить контакты и щетки пускового реостата.

Для двигателей с коротко-замкнутым ротором: плохой контакт между стержнями короткозамкнутого ротора и короткозамы-кающими кольцами из-за отрыва стержней от ко-роткозамыкающих колец

Найти место обрыва, перепаять его или заменить лопнувший стержень ротора.

или разрыва последних (в

Неисправность Признаки Причина Устранение

одном или нескольких местах). В некоторых случаях наблюдается разрыв отдельных стержней в пазовой части ротора.

Двигатель с фазным ротором без нагрузки идет в ход при разомкнутой цепи ротора. При пуске в ход с нагрузкой двигатель медленно разворачивается и ротор сильно нагревается. Короткое замыкание между соседними хомутиками лобовых соединений или в обмотке ротора; заземление обмотки ротора в двух местах. Тщательно проверить, не касаются ли друг друга соседние хомутики лобовых соединений; если касаются, то разогнуть их. Проверить, нет ли соединения между хомутиками оставшимся после пайки оловом; наплывы олова удалить. Измерить сопротивление изоляции ротора и в случае заземления обмотки или контактных колец устранить его. После определения короткозамкнутой части обмотки заменить поврежденные катушки (секции) новыми или перемотать их. Не ограничиваться частичной переизолировкой, так как перегрев повреждает в большинстве случаев всю изоляцию короткозамкнутых катушек, что грозит в дальнейшем новыми короткими замыканиями.

Перегрев контактных колец и щеток (для двигателей с фазным ротором) Контактные кольца и щетки перегреты. Щетки слишком сильно прижаты к контактным кольцам. Отрегулировать нажатие соответственно марке щеток

Недостаточна вентиляция Усилить вентиляцию контактных ко-

контактных колец и щеток (у двигателей с закрытыми контактными кольцами). Перегрев обычно сопровождается искрением щеток и повышенным износом щеток и колец. лец и щеток посредством установки вентилятора или увеличения числа или размеров имеющихся вентиляционных крыльев; увеличить число и размеры вентиляционных отверстий в кожухе. Целесообразно запросить рекомендации завода-изготовителя. В некоторых случаях полезно прорезать на скользящей поверхности щеток несколько продольных и поперечных канавок глубиной 3 мм и шириной 1 мм. Число надрезов должно соответствовать размерам щеток. Назначение надрезов — усилить вентиляцию и охлаждение щеток, а также удалить вакуум и газы из-под скользящей поверхности щеток. Иногда целесообразно сделать на кольцах винтовые канавки.

Ненормальная частота вращения двигателя Двигатель не идет в ход. Отсутствует ток в статоре, что может быть из-за перегорания предохранителей или выключения неисправного автоматического выключателя. Поставить новые предохранители; исправить автоматический выключатель.

Двигатель не идет в ход, при разворачивании от руки работает толчками и не- Обрыв в одной фазе сети или внутренний обрыв в обмотке статора при соединении фаз звездой (явле- Если обрыв фазы происходит во время работы двигателя, то последний может продолжать работать с номинальным вращающим

нормально гудит; в одной фазе статора нет тока. ния, происходящие в двигателе при внутреннем обрыве обмотки статора и соединении фаз треугольником. моментом, но частота вращения при этом сильно понижается, а сила тока настолько увеличивается, что при отсутствии надлежащей максимальной защиты

Неисправность Признаки Причина Устранение

может перегореть обмотка статора или ротора. Проверить вольтметром напряжение на зажимах статора. Если имеется обрыв в одной фазе сети или напряжение во всех трех фазах несимметрично (например, в случае перегорания предохранителя или обрыва в одной фазе первичной обмотки трансформатора), то устранить неисправность сети. Если сеть исправна, то имеется обрыв в обмотке статора.

Двигатель не идет в ход, несмотря на то, что напряжение на зажимах статора номинальное, а сила тока во всех трех фазах статора одинакова; все три напряжения на кольцах, измеренные при неподвижном ра- Обрыв в двух (или в трех) фазах пускового реостата или в соединительных проводах между ротором и пусковым реостатом. Отыскать при помощи мегомметра или контрольной лампы место обрыва и исправить

зомкнутом роторе, равны (при двухфазном роторе два напряжения между средним и крайними кольцами равны между собой, а напряжение между двумя крайними кольцами больше первых двух в 1,4 раза).

При включении двигателя в сеть ротор не вращается — «прилипает»; выведенный из такого состояния, он самостоятельно разворачивается и продолжает нормально работать. Такое явление на-бл юд ается главным образом в короткозамкнутых двигателях. Неудачно выбраны числа пазов статора и ротора. Особенно сильно проявляется «прилипание» при равенстве чисел пазов статора и ротора. Неудачное соотношение чисел зубцов ведет к резкому снижению начального момента двигателя. Установить ротор, имеющий иное число пазов. Чтобы избежать явления «прилипания» и «застревания», заводы-изготовители применяют также скашивание пазов ротора по отношению к пазам статора, т. е. располагают пазы ротора под небольшим углом к оси вала

Двигатель с фазным ротором идет в ход при разомкнутой цепи ротора. Короткое замыкание в роторе. Тщательно проверить, не касаются ли друг друга соседние хомутики лобовых соединений; если касаются, то разогнуть их. Проверить, нет ли соединения между хомутиками

оставшимся после пайки оловом; наплывы олова удалить. Измерить сопротивление изоляции ротора и в случае заземления обмотки или контактных колец устранить его. После определения короткозамкнутой части обмотки заменить поврежденные катушки (секции) новыми или

Неисправность Признаки Причина Устранение

перемотать их. Не ограничиваться частичной переизолировкой, так как перегрев повреждает в большинстве случаев всю изоляцию короткозамкнутых катушек, что грозит в дальнейшем новыми короткими замыканиями. Следует отметить, что иногда двигатель идет в ход и при исправной обмотке ротора от вращающего момента, развиваемого от гистерезиса и вихревых токов, а также при наличии широких бандажей на роторе. Вращающий момент двигателя при этом очень мал. В этом случае ничего предпринимать не нужно, так как двигатель вполне исправен.

Двигатель с короткозамкнутым ротором Нагрузка при пуске велика. Уменьшить нагрузку при пуске.

хорошо идет в ход без нагрузки, с нагрузкой в ход не идет.

Двигатель с короткозамкнутым ротором не достигает нормальной частоты вращения, а «застревает» и начинает устойчиво работать при низкой частоте вращения, которая в несколько раз меньше номинальной (составляет 1/7, 1/11, 1/13 и т. д. номинальной; знаменатели дробей представляют собой нечетные числа, не делящиеся на 3). Чаще всего это происходит при частоте вращения, составляющей 1/7 номинальной. Однако если ротор принудительно привести во вращение с частотой, превы-

Отклонение формы кривой распределения магнитной индукции в зазоре от синусоиды. Основной причиной этих отклонений является неправильное сочетание чисел пазов статора и ротора для данного числа полюсов. При этом в кривой магнитной индукции появляются так называемые высшие гармоники индукции 5, 7, 11, 13-го и т.д. порядка. Указанные гармоники создают поля, вращающиеся в пространстве с частотой вращения, меньшей (в 5, 7, 11 и т.д. раз), чем частота вращения магнитного поля от основной гармоники. Вращающие моменты, создаваемые высшими гармониками, искажая форму кривой момента, могут оказать тормозящее дей-

Заменить ротор другим либо устранить 7-ю гармонику индукции, перемотав обмотку статора, для чего применить двухслойную обмотку с сокращенным шагом (порядка 6/7). Следует отметить, что заводы-изготовители принимают меры для предотвращения явлений «застревания» и «прилипания», а также шумов. Поэтому в машинах заводского изготовления эти явления весьма редки. Все они наблюдаются главным образом в тех случаях, когда для изменения номинальной частоты вращения обмотку статора перематывали на соответственно другое число полюсов, при этом соотношение чисел пазов статора и ротора оказалось неблагоприятным. С этим же явлением можно встретиться при замене ротора другим, взятым от другой машины.

шающей указанное значение, то он разворачивается до номинальной частоты вращения и продолжает нормально работать. ствие на двигатель при его разгоне.

При номинальной нагрузке двигатель вра-щается с частотой, не достигающей номинальной. Напряжение на зажимах двигателя понижено. Повысить напряжение до номинального или, если это невозможно, уменьшить нагрузку во избежание перегрева двигателя.

Неисправность Признаки Причина Устранение

Плохой контакт в цепи ротора. Тщательно проверить все пайки обмоток ротора; те из них, которые неисправны или внушают подозрение, перепаять. Если наружным осмотром не удается обнаружить место плохой пайки, то необходимо произвести проверку паек обмотки ротора методом падения напряжения. Проверить контакты токопод-водов в местах соединения их с обмоткой и контактными кольцами. При перегрузке машины, если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допустимой нагрузке машины. Соблюдать номинальный

режим работы машины. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воздух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую. Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора. Увеличить площадь сечения канала или трубопровода до нужной величины; устранить излишнее число изгибов. Проверить исправность контактов в местах присоединения соединительных проводов к выводам ротора и пускового реостата. Проверить и почистить контакты и щетки пускового реостата.

Велико сопротивление в цепи ротора (длинные или тонкие провода между ротором и пусковым реостатом, невыведенный или Увеличить сечение проводов; исправить реостат; перенести пусковой реостат ближе к двигателю.

неисправный п.). реостат и т.

Обмотка статора вместо треугольника соединена звездой. Соединить обмотку статора треугольником.

Частота вращения ротора ниже номинальной и сильно колеблется даже при небольшой нагрузке двигателя; ток в статоре сильно пульсирует. Плохой контакт в цепи ротора. Тщательно проверить все пайки обмоток ротора; те из них, которые неисправны или внушают подозрение, перепаять. Если наружным осмотром не удается обнаружить место плохой пайки, то необходимо произвести проверку паек обмотки ротора методом падения напряжения. Проверить контакты токопод-водов в местах соединения их с обмоткой и контактными кольцами. При перегрузке машины, если снизить нагрузку невозможно, то запросит завод — изготовитель о наибольшей допусти-

Неисправность Признаки Причина Устранение

мой нагрузке машины . Соблюдать номинальный режим работы машины. Тщательно очистить машину и продуть ее сжатым воздухом (давление не более 0,2 МПа). Перед продуванием убедиться в том, что поступающий воздух чист и сух. При продувании не пользоваться металлическими мундштуками с острыми краями, так как ими можно

легко повредить изоляцию обмоток. Следить за тем, чтобы пыль выдувалась из машины, а не перегонялась из одной ее части в другую. Переменить направление вращения машины или переставить крылья вентилятора. Увеличить площадь сечения канала или трубо-провода до нужной величины; устранить излишнее число изгибов. Проверить исправность контактов в местах присоединения соединительных проводов к выводам ротора и пускового реостата. Проверить и почистить контакты и щетки пускового реостата. Найти место обрыва стержней в пазовой части ротора, перепаять его или заменить лопнувший стержень ротора.

Двигатель работает устойчиво при половинной номинальной Обрыв в одной фазе ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в щеточном Определить при помощи мегомметра или контрольной лампы место обрыва и устранить его

частоте вращения и сильно гудит, особенно при пуске. Будучи развернут до номинальной частоты вращения, он продолжает работать нормально, аппарате, в пусковом реостате или в соединениях между ротором и пусковым реостатом.

но при повышении нагрузки частота вращения вновь падает до половины номинальной.

Двигатель хорошо идет в ход и хорошо работает с номинальной нагрузкой, но сила тока в фазах различна (в одной фазе на 73 % больше, чем в двух других фазах) и частота вращения ротора ниже номинальной. Обмотка одной фазы статора остается холодной. Внутренний обрыв в одной фазе обмотки статора при соединении фаз треугольником. Вследствие этого получается открытый треугольник и двигатель хорошо идет в ход. Но так как работают только две фазы, то мощность двигателя понижается на 1/3. Нагревание двигателя при этом зависит от нагрузки и может остаться в пределах нормы. Найти место обрыва, если оно внутри катушки, то заменить последнюю новой или перемотать ее.

Двигатель плохо идет в ход и сильно гудит; сила тока во всех трех фазах различна и при холостом ходе двигателя превышает номинальную. Одна фаза обмотки статора «перевернута». Это большей частью случается у двигателей, имеющих шесть выводов обмотки; причина — неправильное соединение между собой выводов Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю, а при отсутствии ее — по буквенным обозначениям выводов обмотки, руководствуясь нормальной схемой.

на доске зажимов или не- | Проверить и правильно соединить

правильная маркировка выводов. переключатель с двигателем.

Переключатель неправильно соединен с двигателем. Это может быть у двигателей с короткозамкнутым ротором, пуск которых производится переключением обмотки статора со звезды на треугольник посредством специального переключателя.

Одностороннее______| Во время работы | Нарушена правильность | Проверить зазор между шейками и

притяжение ротора двигателя происходит задевание ротора за статор. зазора между статором и ротором вследствие износа вкладышей подшипников, смещения подшипниковых щитов, неправильной установки подшипниковых стояков, деформации стали статора или ротора, изгиба вала. вкладышами и в случае надобности перезалить вкладыши или заменить их новыми; выверить зазор между ротором и статором; при отсутствии установочных штифтов в подшипниковых стояках поставить их; при деформации стали статора опилить ее острым напильником, избегая, однако, при этом образования заусенцев; при деформации стали ротора обточить его или отшлифовать наждачным кругом; проверить вал.

Ротор плохо отбалансирован. Отбалансировать ротор

Неисправность Признаки Причина Устранение

Ненормальный шум в машине Двигатель сильно гудит. Сила тока во всех фазах различна. Нагрев обмотки статора неравномерен. Короткое замыкание в обмотке статора. Найти неисправную катушку, отремонтировать ее или заменить новой

Обмотки статора соединены неправильно. Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю, а при отсутствии ее — по буквенным обозначениям выводов обмотки, руководствуясь нормальной схемой. Проверить и правильно соединить переключатель с двигателем.

Число витков в отдельных катушках обмотки статора неодинаково. Гудение на- Отсоединить все три фазы и параллельные ветви друг от друга. Поочередно дать в каждую фазу (при

блюдается только в случае наличия параллельных ветвей в обмотке и при соединении фаз треугольником. При последовательном соединении всех катушек и соединении фаз звездой неодинаковое число витков в отдельных катушках не вызывает гудения, только сила тока в отдельных фазах различна. последовательном соединении всех катушек) или в каждую ветвь (при параллельном соединении катушек) переменный ток и измерить вольтметром напряжение на отдельных катушечных группах. На катушечных группах, имеющих меньше витков, напряжение будет меньше, чем на исправных катушечных группах. Наибольшая допустимая разность напряжений на отдельных катушечных группах не должна превышать 5 %. Испытание допустимо как при вставленном, так и при вынутом роторе. При вставленном и разомкнутом фазном роторе испытание можно производить при номинальном напряжении. При вынутом роторе или же при вставленном короткозамкнутом роторе напряжение, подведенное к статору, не должно превышать 15—20 % номинального напряжения двигателя. Можно также произвести проверку числа витков катушек статора, питая двигатель со стороны ротора (при фазном роторе).

Двигатель работает нормально, но слы- При наличии параллельных ветвей в обмотке ста- Тщательно выровнять зазор между ротором и статором.

шится гудение низкого тона, отмечена повышенная вибрация. Сила тока во всех трех фазах одинакова. тора катушечные группы в каждой из параллельных ветвей соединены по сосредоточенной схеме; воздушный зазор между ротором и статором неравномерный. Увеличить зазор на 10—20 %, для чего обточить ротор. Однако нужно иметь в виду, что увеличение зазора ведет к ухудшению коэффициента мощности. Пересоединить обмотку статора, распределив катушечные группы каждой параллельной ветви равномерно по всей окружности статора. В электромагнитном взаимодействии ротора и статора при этих двух вариантах соединения фазы имеется определенное различие.

Двигатель во время работы издает сильное гудение высокого тона (свист), исчезаю- Вибрация зубцов статора и ротора из-за неудачного выбора соотношения чисел пазов статора и ротора. Чтобы устранить эту неисправность, необходимо установить новый ротор с иным числом пазов. Но если ограничиться лишь ослаблением шума, то

Неисправность Признаки Причина Устранение

щее сейчас же после выключения тока. Иногда гудение сопровождается сильной вибрацией. В момент совпадения осей некоторых зубцов статора и ротора появляется одностороннее притяжение между зубцами статора и ротора. Механические вибрации, происходящие в упругой среде, какой является воздух, и создают звук. Интенсивность последнего в некоторых случаях может помочь обточка ротора, увеличивающая зазор между ротором и статором. Последнее рекомендуется согласовать с заводом-изготовителем. Шум может быть также ослаблен при эластичной установке машины.

зависит от величины деформации частей, частоты действующей магнитной силы, упругих свойств материала и акустических свойств машины.

Как показал опыт, наибольшие вибрации и соответственно шум (гудение) могут достичь опасной величины при резонансе, когда частота вынужденных колебаний частей (например, ротора) совпадает с частотой собственных колебаний. В подобных случаях работа двигателя может оказаться невозможной из-за задевания ротором стали статора. Опыт показывает, что издавать гудение могут также двигатели со статорными обмотками, выполненными с дробным числом пазов на полюс фазы. Кроме рассмотренных причин гудения, укажем еще на обычное гудение («пение») асинхронных

двигателей, присущее всем электромагнитным устройствам переменного тока и объясняющееся магнитострикционными явлениями. Они заключаются в том, что процесс намагничивания ферромагнитных тел сопровождается изменением их объема. При вращении ротора его зубцы перемещаются относительно зубцов статора, что вызывает пульсацию магнитного потока, а это, в свою очередь, вызывает резкие периодические изменения магнитной индукции в зубцах статора и ротора. Получающиеся при этом

Неисправность Признаки Причина Устранение

периодические изменения объемных размеров зубцов и являются причиной гудения. Чрезмерное гудение по указанной причине появляется при большом магнитном насыщении зубцов двигате-

лей.

Перекрытие контактных колец электрической дугой При пуске двигателя происходит перекрытие контактных колец электрической дугой. У двигателей с регулировкой частоты вращения (т. е. с постоянно налегающими щетками) перекрытие происходит иногда и во время работы двигателя. Контактные кольца и щеточный аппарат загрязнены маслом, медноугольной и другой пылью. При невнимательном уходе возможны также непосредственные замыкания между токопроводами щеток соседних фаз. Содержать в чистоте и исправности контактные кольца и щеточный аппарат. При загрязнении маслом устранить причины попадания его на кольца.

Окружающий воздух обладает повышенной влажностью или насыщен кислотными или щелочными парами. При высоких напряжениях в роторе дополнительно изолировать все токоведущие части щеточного аппарата и траверсы (обмотать лентой, покрыть лаком и т. п.) либо заменить двигатель другим, соответствующим условиям окружающей среды.

Обрыв в соединениях между ротором и пусковым реостатом и в самом реостате. Проверить исправность соединений между ротором и пусковым реостатом; в случае обрыва или плохого контакта в соединениях — устранить неисправность. Совершенно ошибочно мнение, что причиной перекрытия являются не указанные факторы, а перенапряжения, появляющиеся в роторе в момент включения двигателя. Если соединения между ротором и пусковым реостатом исправны и обра-

зуют замкнутую цепь, то в роторе не могут появиться опасные перенапряжения, способные послужить причиной перекрытия.

Не рекомендуется включать двигатель при разомкнутом реостате. При наличии в цепи пускового реостата размыкающего контакта следует ставить щетки реостата на первый рабочий контакт перед включением двигателя, а у жидкостного реостата — немного погру-зить электроды в жидкость._________

і— Коротко об авторах——————————————

Чупейкина Н.Н. — кандидат технических наук, ОАО ХК «Якутуголь»,

Удодова Э.О. — ТИ (ф) ГОУ ВПО ЯГУ.

Неисправность |___________Признаки________|_________Причина____________|____________Устранение

Двигатель работает устойчиво при половинной номинальной Обрыв в одной фазе ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в щеточном Определить при помощи мегомметра или контрольной лампы место обрыва и устранить его

частоте вращения и сильно гудит, особенно при пуске. Будучи развернут до номинальной частоты вращения, он продолжает работать нормально, но при повышении нагрузки частота вра- аппарате, в пусковом реостате или в соединениях между ротором и пусковым реостатом.

щения вновь падает до половины номинальной.

Двигатель хорошо идет в ход и хорошо работает с номинальной нагрузкой, но сила тока в фазах различна (в одной фазе на 73 % больше, чем в двух других фазах) и частота вращения ротора ниже номинальной. Обмотка одной фазы статора остается холодной. Внутренний обрыв в одной фазе обмотки статора при соединении фаз треугольником. Вследствие этого получается открытый треугольник и двигатель хорошо идет в ход. Но так как работают только две фазы, то мощность двигателя понижается на 1/3. Нагревание двигателя при этом зависит от нагрузки и может остаться в пределах нормы. Найти место обрыва, если оно внутри катушки, то заменить последнюю новой или перемотать ее.

Двигатель плохо идет в ход и сильно гудит; сила тока во всех трех фазах различна и при холостом ходе двигателя превышает номинальную. Одна фаза обмотки статора «перевернута». Это большей частью случается у двигателей, имеющих шесть выводов обмотки; причина — неправильное соединение между собой выводов на доске зажимов или неправильная маркировка выводов. Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю, а при отсутствии ее — по буквенным обозначениям выводов обмотки, руководствуясь нормальной схемой.

Переключатель неправильно соединен с двигателем. Это может быть у Проверить и правильно соединить переключатель с двигателем.

двигателей с короткозамкнутым ротором, пуск которых производится переключением обмотки статора со звезды на треугольник посредством специального переключателя.

Одностороннее притяжение ротора Во время работы двигателя происходит задевание ротора за статор. Нарушена правильность зазора между статором и ротором вследствие износа вкладышей подшипников, смещения подшипниковых щитов, неправильной установки подшипниковых стояков, деформации стали статора или ротора, изгиба вала. Проверить зазор между шейками и вкладышами и в случае надобности перезалить вкладыши или заменить их новыми; выверить зазор между ротором и статором; при отсутствии установочных штифтов в подшипниковых стояках поставить их; при деформации стали статора опилить ее острым напильником, избегая, однако, при этом образования заусенцев; при деформации стали ротора обточить его или отшлифовать наждачным кругом; проверить вал.

Ротор плохо отбалансирован. Отбалансировать ротор

Неисправность Признаки Причина Устранение

Ненормальный шум в машине Двигатель сильно гудит. Сила тока во Короткое замыкание в обмотке статора. Найти неисправную катушку, отремонтировать ее или заменить новой

всех фазах различна. Нагрев обмотки статора неравномерен. Обмотки статора соединены неправильно. Сделать соединения выводов на доске зажимов согласно схеме соединения, приложенной к двигателю, а при отсутствии ее — по буквенным обозначениям выводов об-

мотки, руководствуясь нормальной схемой. Проверить и правильно соединить переключатель с двигателем.

Число витков в отдельных катушках обмотки статора неодинаково. Гудение наблюдается только в случае наличия параллельных ветвей в обмотке и при соединении фаз треугольником. При последовательном соединении всех катушек и соединении фаз звездой неодинаковое число витков в отдельных катушках не вызывает гудения, только сила тока в отдельных фазах различна. Отсоединить все три фазы и параллельные ветви друг от друга. Поочередно дать в каждую фазу (при последовательном соединении всех катушек) или в каждую ветвь (при параллельном соединении катушек) переменный ток и измерить вольтметром напряжение на отдельных катушечных группах. На катушечных группах, имеющих меньше витков, напряжение будет меньше, чем на исправных катушечных группах. Наибольшая допустимая разность напряжений на отдельных катушечных группах не должна превышать 5 %. Испытание допустимо как при вставленном, так и при вынутом роторе. При вставленном и разомкнутом фазном роторе испытание можно производить при номинальном напряжении. При вынутом роторе или же при вставленном коротко-замкнутом роторе напряжение, подведенное к статору, не должно пре-

вышать 15—20 % номинального напряжения двигателя. Можно также произвести проверку числа витков катушек статора, питая двигатель со стороны ротора (при фазном роторе).

Двигатель работает нормально, но слышится гудение низкого тона, отмечена повышенная вибрация. Сила тока во всех трех фазах одинакова. При наличии параллельных ветвей в обмотке статора катушечные группы в каждой из параллельных ветвей соединены по сосредоточенной схеме; воздушный зазор между ротором и статором неравномерный. Тщательно выровнять зазор между ротором и статором. Увеличить зазор на 10—20 %, для чего обточить ротор. Однако нужно иметь в виду, что увеличение зазора ведет к ухудшению коэффициента мощности. Пересоединить обмотку статора, распределив катушечные группы каждой параллельной ветви равномерно по всей окружности статора. В электромагнитном взаимодействии ротора и статора при этих двух вариантах соединения фазы имеется определенное различие.

Двигатель во время работы издает сильное гудение высокого тона (свист), исчезаю- Вибрация зубцов статора и ротора из-за неудачного выбора соотношения чисел пазов статора и ротора. Чтобы устранить эту неисправность, необходимо установить новый ротор с иным числом пазов. Но если ограничиться лишь ослаблением шума, то

Неисправность Признаки Причина Устранение

щее сейчас же после выключения тока. Иногда гудение со- В момент совпадения осей некоторых зубцов статора и ротора появляется од- в некоторых случаях может помочь обточка ротора, увеличивающая зазор между ротором и статором. По-

провождается ной вибрацией.

силь-

ностороннее притяжение между зубцами статора и ротора.

Механические вибрации, происходящие в упругой среде, какой является воздух, и создают звук. Интенсивность последнего зависит от величины деформации частей, частоты действующей магнитной силы, упругих свойств материала и акустических свойств машины.

Как показал опыт, наибольшие вибрации и соответственно шум (гудение) могут достичь опасной величины при резонансе, когда частота вынужденных колебаний частей (например, ротора) совпадает с частотой собственных колебаний. В подобных случаях работа двигателя может оказаться невозможной из-за задевания ротором стали статора. Опыт показывает, что из-давать гудение могут так-

следнее рекомендуется согласовать с заводом-изготовителем. Шум может быть также ослаблен при эластичной установке машины.

же двигатели со статорными обмотками, выполненными с дробным числом пазов на полюс фазы. Кроме рассмотренных причин гудения, укажем еще на обычное гудение («пение») асинхронных двигателей, присущее всем электромагнитным устройствам переменного тока и объясняющееся магнитострикционными явлениями. Они заключаются в том, что процесс намагничивания ферромагнитных тел сопровождается изменением их объема. При вращении ротора его зубцы перемещаются относительно зубцов статора, что вызывает пульсацию магнитного потока, а это, в свою очередь, вызывает резкие периодические изменения магнитной индукции в зубцах статора и ротора. Получающиеся при этом

Неисправность Признаки Причина Устранение

периодические изменения объемных размеров зубцов и являются причиной гудения. Чрезмерное гудение по указанной причине появляется при большом магнитном насыщении зубцов двигателей.

Перекрытие контактных колец электрической дугой При пуске двигателя происходит перекрытие контактных колец электрической дугой. У двигателей с регулировкой частоты вращения (т. е. с постоянно налегающими щетками) перекрытие происходит иногда и во время работы двигателя. Контактные кольца и щеточный аппарат загрязнены маслом, медноугольной и другой пылью. При невнимательном уходе возможны также непосредственные замыкания между токопроводами щеток соседних фаз. Содержать в чистоте и исправности контактные кольца и щеточный аппарат. При загрязнении маслом устранить причины попадания его на кольца.

Окружающий воздух обладает повышенной влажностью или насыщен кислотными или щелочными парами. При высоких напряжениях в роторе дополнительно изолировать все токоведущие части щеточного аппарата и траверсы (обмотать лентой, покрыть лаком и т. п.) либо заменить двигатель другим, соответствующим условиям окружающей среды.

Обрыв в соединениях между ротором и пусковым реостатом и в самом реостате. Проверить исправность соединений между ротором и пусковым реостатом; в случае обрыва или плохого контакта в соединениях — устра-

нить неисправность.

Совершенно ошибочно мнение, что причиной перекрытия являются не указанные факторы, а перенапряжения, появляющиеся в роторе в момент включения двигателя. Если соединения между ротором и пусковым реостатом исправны и образуют замкнутую цепь, то в роторе не могут появиться опасные перенапряжения, способные послужить причиной перекрытия.

Не рекомендуется включать двигатель при разомкнутом реостате. При наличии в цепи пускового реостата размыкающего контакта следует ставить щетки реостата на первый рабочий контакт перед включением двигателя, а у жидкостного реостата — немного погру-зить электроды в жидкость._________

Роторный двигатель — обзор

9.3.5 Двигатель с явно выраженными постоянными магнитами (двигатель с постоянными магнитами)

ротор останавливается с прямой осью ротора, совпадающей с МДС статора, т. е. в том же положении, как если бы крутящий момент возбуждения действовал отдельно. Это связано с тем, что ось низкого сопротивления совпадает с прямой осью возбуждения. «Жесткость» характеристики крутящий момент-угол увеличивается за счет наличия реактивного крутящего момента, и в зависимости от относительных величин двух компонентов пиковый крутящий момент также может увеличиваться, как показано на рис.9.11, так что комбинация является привлекательным предложением.

Идея замены цепи возбуждения ротора более простыми постоянными магнитами при продолжении использования реактивного момента в принципе ясна, но на практике не так проста, как можно было бы ожидать. Чтобы магнитный поток протекал вдоль прямой оси ротора (т. е. вдоль выступающего полюса), необходимо вставить зазор для размещения магнита, и чем сильнее магнит, тем длиннее зазор. Это значительно увеличивает сопротивление прямой оси, что противоположно тому, что мы хотим, чтобы максимизировать момент сопротивления.

Однако мы уже говорили о том, что многие отрасли предпринимают шаги по снижению своей зависимости от редкоземельных магнитов из-за опасений по поводу глобальной безопасности поставок. Эта неопределенность, вместе со стимулом поставлять недорогие двигатели для растущего массового рынка (особенно в гибридных электромобилях), привели к возобновлению интереса к двигателям, которые сочетают в себе крутящий момент с постоянными магнитами и реактивный крутящий момент. По сравнению с чисто двигателем с постоянными магнитами цель состоит в том, чтобы достичь сравнимой производительности с меньшим количеством магнитного материала: отношение крутящего момента с постоянными магнитами к крутящему моменту сопротивления значительно варьируется (обычно от 4: 1 до 1: 1) в зависимости от детальной конструкции двигателя и применение, но очень упрощенно и констатируя очевидное, чем меньше материала магнита, тем выше доля реактивного крутящего момента.

Типичный шестиполюсный ротор показан на рис. 9.12: это, по сути, ротор реактивного двигателя с магнитным полем и встроенными постоянными магнитами, установленными в магнитопроводах. Глядя, например, на самый верхний полюс N на рис. 9.12, два его магнита фактически соединены последовательно, а их прямая (потоковая) ось вертикальна. Помимо воздушного зазора, основная магнитная цепь, внешняя по отношению к каждой паре магнитов, имеет низкое магнитное сопротивление через «железо» сердечника, поэтому в этом отношении нет компромисса по сравнению с конструкцией только с PM.Однако по конструктивным причинам должна быть перемычка из материала магнитного сердечника на внешних концах магнитопроводов, и это неизбежно создает привлекательное короткое замыкание для части магнитного потока, который, таким образом, отклоняется от своего полезного пути через статор. Эта область остается насыщенной и непродуктивной с точки зрения крутящего момента.

Рис. 9.12. Шестиполюсный двигатель PM/Rel.

Что касается аспекта сопротивления, прямая (низкая индуктивность) ось показана пунктирными линиями, а мост, упомянутый выше, снова представляет нежелательный путь короткого замыкания для потока, создаваемого статором, но по существу это точно так же, как это было бы в реактивном двигателе, управляемом потоком.Если бы реактивный момент действовал один, ненагруженный ротор остановился бы с МДС статора. совмещен с пунктирной линией, но если бы PM действовал один, ненагруженный ротор остановился бы с полюсом N, совмещенным с МДС статора. Таким образом, в отличие от двигателя с явным возбуждением ротора, где положения равновесия совпадали, теперь у нас есть два различных положения с нулевым крутящим моментом, разделенные на 90 ° (электр.).

Очевидно, что существует потенциальная путаница в отношении того, какая ось является прямой. На первый взгляд, у нас есть два соперничающих претендента с противоречивыми утверждениями: лагерь нежелания будет утверждать, что это пунктирная линия на рис.9.12, в то время как фанаты PM утверждали бы, что это ось, проходящая через центр полюсов магнита. На практике обычно предпочтительнее последнее, т. е. прямая ось определяется так же, как и для чисто станка с ПМ.

Мы можем получить общее представление о форме общей характеристики крутящий момент-угол, наложив отдельные кривые сопротивления и PM, как показано на рис. 9.13, но мы должны признать, что это только приближение, поскольку оно игнорирует эффекты насыщения в магнитопроводах.

Рис. 9.13. Комбинированное сопротивление и крутящие моменты с постоянными магнитами.

Случай ротора с возбуждением показан на рис. 9.13 для сравнения с двигателем PM/Rel, и, как мы уже видели в разделе 9.3.4, результирующая кривая крутящий момент-угол для ротора с возбуждением более жесткая относительно стабильного нуля. положение крутящего момента, а области приведения в движение и торможения расположены симметрично, с одинаковыми максимальными углами крутящего момента для приведения в действие и торможения γ m и γ b соответственно.

Наша цель состоит в том, чтобы подчеркнуть фундаментальные различия между характеристиками крутящего момента и угла двигателя с возбужденным ротором и двигателя с постоянными магнитами, поэтому мы произвольно выбрали компоненты реактивного сопротивления и крутящего момента, чтобы они имели одинаковую амплитуду.(На практике двигатель с возбужденным ротором будет иметь намного меньший реактивный момент, в то время как отношение составляющих момента для двигателя с постоянными магнитами и относительным может быть выше или ниже.)

стабильные рабочие области для корпуса ПМ, а также новые положения покоя с нулевым крутящим моментом. Пиковые двигательный и тормозной моменты остаются такими же, как и для возбужденного ротора, но они больше не симметричны относительно единственного положения равновесия. Максимальный угол вращающего момента обозначен как γ m , а максимальный тормозной момент показан как γ b .Следовательно, когда приводу требуется, чтобы крутящий момент изменился с максимального двигательного момента на максимальный тормозной момент, система управления (см. раздел 9.6) изменит положение вектора тока статора относительно ротора на угол κ, показанный на нижней диаграмме.

Существует еще много работы и интереса к этой новой технологии, и пройдет некоторое время, прежде чем наконец появятся оптимизированные решения для различных областей применения.

Ротор асинхронного двигателя | Electrical4U

Ротор, как следует из названия, представляет собой вращающуюся часть электрической машины, в которой ток индуцируется действием трансформатора от вращающегося магнитного поля.

Ротор асинхронного двигателя бывает двух типов:

  1. Ротор с короткозамкнутым ротором
  2. Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Ротор с короткозамкнутым ротором

в виде медных или алюминиевых стержней, вставленных в полузакрытые пазы многослойного сердечника ротора. Чтобы облегчить замкнутый путь в цепи ротора, обе стороны стержней ротора закорочены концевыми кольцами.

Характеристики ротора с короткозамкнутым ротором

Этот тип ротора не имеет определенного количества полюсов, но такое же количество полюсов статора будет индуцироваться в роторе автоматически посредством индукции.Следовательно, для ротора с короткозамкнутым ротором

Ротор с короткозамкнутым ротором имеет очень низкое реактивное сопротивление рассеяния, поскольку он не содержит обмотки на роторе, что приводит к низкому пусковому крутящему моменту и максимальному рабочему крутящему моменту.

Поскольку мы знаем, что для увеличения значения установочного крутящего момента мы должны увеличить значение сопротивления ротора, а для его увеличения мы должны вставить сопротивление последовательно с обмоткой ротора, но в случае ротора с короткозамкнутым ротором мы не можем вставить так как его стержни ротора закорочены концевым кольцом с обеих сторон.Таким образом, мы можем сказать, что ротор с короткозамкнутым ротором обеспечивает хорошие рабочие характеристики, но плохие пусковые характеристики.

Недостатки короткозамкнутого ротора

  1. Низкий пусковой момент
  2. Высокие пусковые токи
  3. Низкий коэффициент мощности

Но пусковые характеристики короткозамкнутого ротора можно частично улучшить путем изменения схемы.

Перекошенные стержни ротора

Одной из целей наклона стержней ротора является увеличение значения сопротивления ротора, чтобы можно было улучшить пусковой крутящий момент.Мы знаем, что сопротивление пропорционально длине, поэтому при перекосе стержней ротора длина стержней увеличивается, следовательно, сопротивление увеличивается, а вместе с ним и крутящий момент.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Этот тип ротора также изготовлен из ламинированной холоднокатаной кремнистой стали с ориентированным зерном для уменьшения потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис. Обмотка ротора распределена также с коротким шагом, чтобы получить синусоидальную ЭДС на выходе.

Работа асинхронного двигателя невозможна при неравном числе полюсов статора и ротора, и этот тип ротора не реагирует автоматически на изменение числа полюсов статора.Следовательно, число полюсов ротора должно быть равно числу полюсов статора.

Если ротор снабжен 3-х фазными обмотками; обмотки ротора должны быть соединены звездой независимо от того, соединена ли обмотка статора звездой или треугольником.

Особенности ротора с фазным ротором или ротора с контактным кольцом

Основное различие между ротором с короткозамкнутым ротором и ротором с фазным ротором заключается в наличии контактного кольца в роторе с фазным ротором , поэтому его также называют ротором с контактным кольцом.Три вывода обмоток ротора, соединенных звездой, выведены наружу и соединены с внешними резисторами через токосъемное кольцо.

Токосъемные кольца изготовлены из материала с высоким сопротивлением, такого как фосфористая бронза или латунь. Щеточные контакты используются для соединения обмотки ротора с внешней цепью. Щетки изготовлены из углеродного или медного материала, но углерод предпочтительнее из-за его самосмазывающихся свойств. Таким образом, потери на трение с угольными щетками меньше.

Для улучшения пускового момента используются внешние резисторы.Этот внешний резистор также ограничивает пусковой ток, потребляемый двигателем во время пуска. Следовательно, коэффициент мощности улучшается.

Увидев вышеизложенное, мы можем сделать вывод, что «из-за наличия дополнительного резистора асинхронный двигатель типа с ротором с фазным ротором или ротором с контактным кольцом типа имеет хорошие рабочие характеристики, но плохие рабочие характеристики»

Как работает Работа ротора асинхронного электродвигателя?

Наведение тока через стержни ротора асинхронного электродвигателя происходит при подаче тока на статор.Этот приложенный ток через обмотки статора запускает вращение магнитного поля статора с частотой сети.

Стержни стационарного ротора затем подвергаются максимальному относительному движению магнитного поля статора к стержням. В этот момент максимальный ток генерируется вдоль стержней. Когда северный полюс статора вращается, проходя через стержень ротора, вдоль стержня ротора индуцируется ток. В то же самое время южный полюс статора вращается вокруг стержня, отстоящего на 180°, и индуцирует ток вдоль этого стержня в противоположном направлении.Этот круговой поток тока вдоль стержней ротора через замыкающие кольца и вокруг пластин приводит к тому, что ротор становится электромагнитом.

Именно в этой стационарной (заблокированный ротор) начальной точке электромагнитная сила ротора наиболее высока. Электромагнитный ротор начнет разгоняться до синхронной скорости или скорости, с которой вращается магнитное поле статора. По мере увеличения скорости ротора относительное движение между стержнями ротора и вращающимся магнитным полем уменьшается.Это приводит к уменьшению тока и крутящего момента. Когда относительное движение (сила вращения) между стержнями ротора и магнитным полем статора приближается к нулю, ток по ротору прекращается. Магнитное поле ротора прекратится, и ротор замедлится до тех пор, пока крутящий момент, создаваемый двигателем, не сравняется с крутящим моментом приводимого оборудования. (Нагрузка)

Если нагрузка двигателей увеличивается, скорость двигателей уменьшается. Уменьшите нагрузку, и скорость двигателя увеличится. Асинхронный двигатель никогда не достигнет синхронной скорости из-за потерь на трение и ветра.Разница между синхронной скоростью и скоростью асинхронного ротора называется частотой скольжения.

Хотите узнать больше о роторе вашего электродвигателя?…у нас есть знания и опыт в HECO…All Systems Go.

 

Тодд А. Хэтфилд, вице-президент по проектированию и ремонту

HECO – все системы работают

269-381-7200

[email protected]

  

 

Об авторе:

Тодд Хэтфилд является совладельцем HECO и вице-президентом по проектированию и ремонту.Он имеет более чем 35-летний опыт ремонта и проектирования генераторов и электродвигателей. Тодд имеет степень бакалавра в области электротехники, и его области знаний включают в себя: модернизацию и проектирование электрических и механических двигателей, анализ основных причин отказов и качественный ремонт электродвигателей.

Целевые показатели эффективности и производительности двигателя при использовании медных роторов

Первоначальные цели, определенные исследовательской группой ICA/CDA для литых под давлением медных роторов двигателей, были тройными, как указано ниже:

  1. Дополнительное снижение общих потерь на 10-15 % по сравнению с современными энергоэффективными двигателями или:
  2. Достичь того же КПД, что и у алюминиевого ротора, при одновременном снижении общей стоимости производства двигателя, или:
  3. Или уменьшить общий вес двигателя, сохранив при этом такой же КПД, как у двигателя с алюминиевым ротором.
Проектом достигнуты все три цели.

1.2.1 Снижение общих потерь

Благодаря превосходной электропроводности меди замена алюминия в токопроводящих стержнях ротора на медь, отлитую под давлением, может значительно повысить эффективность электродвигателя. Однако, как правило, даже большее повышение эффективности может быть достигнуто, когда замена алюминия медью сопровождается изменением конструкции двигателя с учетом улучшенных свойств медных токопроводящих шин.

Например, в Таблице 1.2.1.1 перечислены отчеты из технической литературы, показывающие величину повышения эффективности, которая может быть достигнута при простой замене алюминиевого ротора на один, отлитый под давлением из меди. Кроме изменений в материале беличьей клетки, никаких других конструктивных изменений в эти роторы внесено не было.

Таблица 1.2.1.1: Краткое изложение отчетов из литературы об улучшении эффективности при замене алюминиевых роторов на отлитые под давлением из меди.Помимо изменения материала короткозамкнутого ротора, в конструкцию этих двигателей не вносилось никаких других изменений (см. Ссылки).
Моторная мощность (HP) Моторная частота (Гц) Эффективность Улучшение эффективности Улучшение эффективности (процентные пункты) процентное снижение потерь ротора REF
алюминиевый ротор MODE ROTOR
2 50 78,0% 80.3% 2,3 53% 5
2 50 81,1% 82,5% 1,4 4
3 50 83,6% 85,9% 2,3 4
4 60 83,2% 86,4% 3,2 58% 1, 2
4 50 82.0% 84,1% 2.1 46% 6
4 50 81,8% 84,3% 2,5 53% 5
5 50 84,0% 87,1% 3.1 4
5 50 83,0% 86,0% 3,0 4
5 50 38% 1, 2
7.4 50 83,4% 84,3% 0,9 3
7,4 50 83,0% 84,3% 1,3 7, 8
7,5 50 74,0% 79,0% 5,0 9
10 50 84,2% 87,4% 3.2 50% 6
10 50 86,1% 88,0% 1,9 52% 5
10 60 85,0% 86,5% 1,5 10
20 50 90,1% 91,0% 0,9 40% 11
40 88.8% 90,1% 1,3 1, 2
120 91,4% 92,8% 1,4 1, 2
270 50 92,0% 93,0% 1,0 9
† Расчеты, а не экспериментальные измерения

Таблица 1.2.1.2 (ниже) перечислены более значительные улучшения эффективности, которые могут быть достигнуты, когда не только алюминиевые токопроводящие стержни ротора заменены медными, но и конструкция двигателя изменена с учетом улучшенных свойств меди.

Таблица 1.2.1.2: Сводка отчетов из литературы об улучшении эффективности при замене алюминиевых роторов на отлитые под давлением из меди и изменении конструкции двигателя с учетом улучшенных свойств медных токопроводящих шин (см. Ссылки) .
Motor Power (HP) Частота двигателя (Гц) Свобода дизайна Эффективность Улучшение эффективности Улучшение эффективности (процентные пункты) процентное снижение потерь ротора REF
Aluminium Rotor Медь Ротор
1,5 50 л 75,7% 82,8% 7.1 4
2 50 Л+СТ 78.0% 83,5% 5,5 58% 5
4 50 л 82,0% 84,5% 2,5 46% 6
4 50 Л + СТ 82,0% 86,5% 4,5 50% 6
4 50 Л + СТ 81,8% 88,2% 6.4 63% 5
7,4 50 Р 84,1% 88,4% 4,3 7
7,4 50 Р 84,8% 88,1% 3,3 4
10 50 л 84,2% 88,1% 3,9 50% 6
10 50 Л + СТ 84.2% 89,0% 4,8 60% 6
10 50 Л + СТ 86,1% 90,7% 4,6 59% 5
15 60 Ф 89,5% 90,7% 1,2 40% 1, 2
20 50 л 90,1% 91,9% 1.8 48% 11
25 60 Слот 90,9% 92,5% 1,6 40% 1, 2
Ключевые изменения конструкции заключаются в следующем:
L = улучшенное качество только ламинированной стали;
L + ST = улучшенное качество ламинированной стали и увеличенная длина штабеля;
F = Вентилятор снят;
Слот = слот переработан для меди;
R = полная переработка

1.2.1 Каталожные номера

  1. Э.Ф. Браш, Дж.Г. Коуи, Д.Т. Питерс и Д.Дж. Ван Сон, «Литые под давлением медные роторы двигателя; результаты испытаний двигателя, медь по сравнению с алюминием», Энергоэффективность в системах с приводом от двигателя, редакторы: Ф. Парасилити и П. Бертольди, опубликовано Springer, 2003 г., стр. 136–143
  2. .
  3. Д.Т. Петерс, Дж.Г. Коуи, Э. Ф. Браш-младший и Д.Дж. Ван Сон, «Медь в беличьей клетке для улучшения характеристик двигателя», Международная конференция по электрическим машинам и приводам, июнь 2003 г., Мэдисон, Висконсин,
  4. .
  5. Кристоф Пэрис и Оливье Валти, «Новая технология изготовления роторов с использованием меди в качестве магнитного проводника», Энергоэффективность в системах с электроприводом, под ред.Ф. Парасилити и П. Бертольди, Springer, 2003, стр. 152–161)
  6. Э. Ф. Браш-младший, Д. Т. Петерс, Дж. Г. Коуи, М. Доппельбауэр и Р. Киммих, «Последние достижения в разработке роторного двигателя из литой под давлением меди», 2004 г.,
  7. .
  8. Франческо Парасилити и Марко Виллани, «Дизайн и высокоэффективные асинхронные двигатели с медными роторами, отлитыми под давлением», получить ссылку
  9. Э. Чирикоцци, Ф. Парасилити и М. Виллани, «Новые материалы и инновационные технологии для повышения эффективности трехфазных асинхронных двигателей – пример», Материалы конференции ICEM 2004, Лодзь, Польша, ред.: С.Виак, М. Демс и К. Комеза, 2004 г.
  10. Л. Доффе и О. Уолти, «Новый промышленный процесс изготовления медных роторов с короткозамкнутым ротором и оптимизация производительности асинхронных машин», представленный на выставке PCIM, Нюрнберг, 27 мая 2004 г.
  11. Favi Copper Info Rotor лист № 7, «Отчет об энергопотреблении асинхронной машины с ротором из алюминия или C97»
  12. М. Полуджадофф, Дж. К. Мипо и М. Нурдин, «Некоторые экономические сравнения между алюминиевыми и медными клетками для белок», IEEE Trans. Преобразование энергии., Vol.10, нет. 3, 1995, сентябрь, стр. 415-418
  13. Сиан Ли и Карло Ди Пьетро, ​​«Повышение эффективности литого под давлением медного ротора и экономическое рассмотрение», IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, № 3, сентябрь 1995 г., стр. 419
  14. Ф. Парасилити, М. Виллани, К. Пэрис, О. Уолти, Г. Сонгини, А. Новелло и Т. Росси, «Повышение эффективности трехфазного асинхронного двигателя с помощью литой под давлением медной клетки ротора и высококачественной стали», Труды Симпозиум SPEEDAM ’04, Капри, Италия, 16-18 июня 2004 г.

Наверх

1.2.2 Снижение общей стоимости производства

Хотя стоимость литья под давлением медного ротора выше, чем стоимость литья под давлением алюминиевого ротора, общая стоимость двигателя с медным ротором может быть ниже. Благодаря более высокому КПД медного ротора общая длина ротора (и двигателя) может быть уменьшена, при этом характеристики двигателя с алюминиевым ротором будут соответствовать характеристикам. Укорачивание двигателя устраняет некоторые пластины ротора и статора, уменьшает количество обмоток статора и длину вала, что в каждом случае снижает стоимость.Как показано в таблицах 1.2.2.1 и 1.2.2.2 для двигателей мощностью 11 кВт и 5,5 кВт соответственно, увеличение стоимости медного ротора более чем компенсируется экономией затрат на других компонентах двигателя, а общее снижение затрат составляет примерно 14-14%. прогнозируется 18%.

Таблица 1.2.2.1: Потенциальная экономия затрат при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 11 кВт на его медный аналог. Двигатели имеют эквивалентную энергоэффективность и производительность.
Тип двигателя Стоимость стали ($) Стоимость обмоток ($) Стоимость ротора ($) Стоимость сборки вала/корпуса* ($) 1 8 Экономия 1 ($) 18 Экономия ($) 1 для меди против.Двигатели с алюминиевым ротором
В долларах Проценты
Двигатели с медным ротором 179,4 39,2 18,1 142 378,7 63,3 $ 14,3%
Двигатель с алюминиевым ротором** 222,2 46,1 5,7 168 442
† Цифры указаны в долларах США
*Включает нагрузку на все компоненты; отдельные прямые затраты также включены в столбцы для индивидуальных прямых затрат
** Отраслевой эквивалент в ЭЭ (91.1%) и производительность
Таблица 1.2.2.2: Потенциальная экономия затрат при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 5,5 кВт на его медный аналог. Двигатели имеют эквивалентную энергоэффективность и производительность.
Тип двигателя Стоимость стали ($) Стоимость обмоток ($) Стоимость ротора ($) Стоимость сборки вала/корпуса* ($) 1 8 Экономия 1 ($) 18 Экономия ($) Медь против.Двигатели с алюминиевым ротором
В долларах Проценты
Двигатели с медным ротором 122,9 19,9 11,4 117 271,2 59,3 $ 17,9%
Двигатель с алюминиевым ротором** 155,7 32,8 4 128 330,5
† Цифры указаны в долларах США
*Включает нагрузку на все компоненты; отдельные прямые затраты также включены в столбцы для индивидуальных прямых затрат
** Отраслевой эквивалент в ЭЭ (91.1%) и производительность

Следует отметить, что Таблицы 1.2.2.1 и 1.2.2.2 были подготовлены на основе информации от производителей, интервью, опубликованных ссылок и предположений, основанных на стандартных методиках. Поскольку любой прогноз подвержен неопределенностям, эти прогнозы не представлены в виде конкретных результатов, которые действительно будут достигнуты.

Наверх

1.2.3 Снижение общей массы двигателя

Несмотря на то, что это противоречит здравому смыслу, общий вес двигателя также может быть уменьшен при замене алюминиевого ротора на один, отлитый из меди.Опять же, более высокий КПД медного ротора позволяет уменьшить общую длину ротора (и двигателя), сохраняя при этом характеристики двигателя с алюминиевым ротором. Укорачивание двигателя устраняет некоторые пластины ротора и статора, уменьшает количество обмоток статора и уменьшает длину вала. Как показано в таблицах 1.2.3.1 и 1.2.3.2 для двигателей мощностью 11 кВт и 5,5 кВт соответственно, увеличение веса меди в роторе более чем компенсируется снижением веса в других частях двигателя, а общее снижение веса составляет примерно прогнозируется 20%.

Таблица 1.2.3.1: Возможное снижение веса при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 11 кВт его медным аналогом. Двигатели имеют эквивалентную энергоэффективность и производительность.
Тип двигателя Вес ротора + статора (кг) Вес обмоток (кг) Вес проводника ротора (кг) Вес вала + корпуса и т. д. (кг) Общий вес (кг) Снижение веса двигателя с медным ротором по сравнению с двигателем с алюминиевым ротором
кг Проценты
Двигатель с медным ротором 43 8.7 5,9 18,1 75,7 17,1 18,4%
Двигатель с алюминиевым ротором* 54,6 10,2 3 25 92,8
*Отраслевой эквивалент по энергоэффективности (91,1%) и производительности
Таблица 1.2.3.1: Возможное снижение веса при замене алюминиевого ротора в 5.Двигатель мощностью 5 кВт со своим медным аналогом. Двигатели имеют эквивалентную энергоэффективность и производительность.
Тип двигателя Вес ротора + статора (кг) Вес обмоток (кг) Вес проводника ротора (кг) Вес вала + корпуса и т. д. (кг) Общий вес (кг) Снижение веса двигателя с медным ротором по сравнению с двигателем с алюминиевым ротором
кг Проценты
Двигатель с медным ротором 27 4.4 3,6 13,6 48,6 13,3 21,4%
Двигатель с алюминиевым ротором* 34,5 7,3 2 18,1 61,9
*Отраслевой эквивалент по энергоэффективности (91,1%) и производительности

Следует отметить, что Таблицы 1.2.3.1 и 1.2.3.2 были подготовлены на основе информации от производителей, интервью, опубликованных ссылок и предположений, основанных на стандартных методиках.Поскольку любой прогноз подвержен неопределенностям, эти прогнозы не представлены в виде конкретных результатов, которые действительно будут достигнуты.

Наверх

Ротор и статор электродвигателя

При создании традиционной электрической машины (двигателя или генератора) идея состоит в том, чтобы очень равномерно распределить поток по поверхностям ротора и статора, где они соприкасаются с воздушным зазором.Это означает использование либо сталей с ориентированной зернистостью и небольшого поворота каждой пластины по отношению к предыдущей, чтобы обеспечить относительно равномерный путь флюса, либо использование стали с неориентированной зернистостью и распределение флюса само по себе.

Стали с ориентированным зерном хороши для снижения намагничивающего потока при условии, что зерна в каждом слое выровнены в одном направлении. Это также может помочь уменьшить паразитные потери и потери на вихревые потоки (поток, который распространяется параллельно валу и не выполняет полезной «работы»).

Большинство электротехнических сталей, используемых в конструкции статора и ротора, также имеют изолирующее покрытие; некоторые из них являются органическими материалами, а некоторые — неорганическими (на основе растворителей).Выбор обычно делается на основе сочетания температурного градиента и местных законов об окружающей среде. Неорганические (растворяющие) материалы обычно могут выдерживать более высокие температуры, но гораздо менее экологичны при производстве материала покрытия или при отверждении покрытия после его нанесения.

Поскольку большинство покрытий наносится после процесса прокатки по толщине, это обычно холоднокатаные стали. Использование холоднокатаного и горячекатаного материала также может быть основано на геометрии зуба/паза: для очень узких зубьев, которые требуют «постобработки» для покрытия, часто используется горячекатаный материал, потому что материал будет лучше сохранять свою геометрию при температурах. используется для отверждения покрытия.

Перекос – это взаимосвязь между «поворотом» ротора и «поворотом» статора. Каждый производитель отличается; и разные машины (синхронные, индукционные, с постоянными магнитами, постоянного тока) подходят к этому по-разному. Например, обычно легче перекосить пластины статора машины переменного тока, потому что легче вставлять катушки. Для машины постоянного тока перекос ротора предпочтителен по той же причине. Величина перекоса обычно составляет один шаг паза… это означает, что центральная линия паза на одном конце станка совмещена с центральной линией зуба на противоположном конце.

Ориентация зерен применима только к ламинированным сталям… но не к материалам проводников.

Энергосберегающий подшипник на самом деле неправильное название. Однако их можно рассматривать как те, размеры которых обеспечивают относительно низкий коэффициент трения и, следовательно, низкие тепловые потери (так что вам не нужно использовать дополнительную энергию для охлаждения смазки). В более широком плане они также будут использовать смазку, которая менее энергоемка в производстве и/или требует меньше замены.

Основы двигателей с внешним ротором: конструкция и применение

Обычные бесщеточные двигатели постоянного тока имеют ротор с постоянными магнитами, расположенный внутри статора с обмоткой.Но один тип двигателя постоянного тока разработан с ротором снаружи и статором, размещенным внутри ротора . Постоянные магниты установлены на внутреннем диаметре корпуса ротора (иногда называемого «колоколом» или «чашкой»), а ротор вращается вокруг внутреннего статора с обмотками. Эту конструкцию часто называют двигателем с внешним ротором , но ее также можно назвать двигателем с внешним ротором, двигателем с внешним ротором или чашечным двигателем.

Как следует из названия, двигатель с внешним ротором спроектирован так, что ротор находится снаружи, а статор находится внутри ротора.
Изображение предоставлено Nidec Corporation

Конструкция с внешним ротором обеспечивает несколько преимуществ в производительности. Во-первых, для размещения статора ротор двигателя с внешним ротором по необходимости должен быть больше, чем ротор обычного двигателя постоянного тока. А больший ротор означает более высокую инерцию, что помогает гасить пульсации крутящего момента (обычная проблема для обычных двигателей постоянного тока) и обеспечивает плавную и стабильную работу даже на низких скоростях.

Еще одно преимущество двигателей с внешним ротором заключается в том, что они обычно могут создавать более высокий крутящий момент, чем конструкции с внутренним ротором сопоставимого размера.Напомним, что крутящий момент представляет собой произведение магнитной силы на радиус воздушного зазора (длину магнитного потока). Для данного диаметра двигателя двигатели с внешним ротором имеют большую площадь воздушного зазора, чем конструкции с внутренним ротором, а больший воздушный зазор позволяет создавать более высокое усилие. Они также имеют больший радиус воздушного зазора, что увеличивает «плечо рычага» для создания крутящего момента. Больший диаметр (и, следовательно, окружность) ротора в конструкциях с внешним ротором также означает, что ротор может вмещать больше полюсов, что еще больше увеличивает магнитный поток.

По сравнению с двигателем с внутренним ротором двигатель с внешним ротором имеет большую площадь для развития потока и больший радиус воздушного зазора, который действует как «рычаг» для создания крутящего момента.
Изображение предоставлено: Т. Райхерт, Лаборатория силовых электронных систем

Двигатели с внешним ротором в осевом направлении короче, чем двигатели с внутренним ротором с аналогичными рабочими характеристиками. Этот компактный размер и высокий крутящий момент делают их идеальными для непосредственного привода винтов дистанционно управляемых моделей самолетов и дронов.В высокоточных приложениях, таких как оптические приводы, их плавная и постоянная скорость является преимуществом по сравнению с другими типами двигателей. А в приложениях с переменными нагрузками, таких как промышленные электроинструменты, насосы, вентиляторы и воздуходувки, высокая инерция двигателей с внешним ротором может помочь «протолкнуть» колебания нагрузки и обеспечить стабильный выходной крутящий момент.

Применение вентиляторов и воздуходувок является одним из наиболее распространенных применений двигателей с внешним ротором благодаря особому конструктивному преимуществу: внешний ротор может служить ступицей вентилятора или крыльчатки воздуходувки.Это обеспечивает компактность и позволяет крыльчатке действовать как большой вращающийся радиатор и способствовать охлаждению двигателя.

Но интеграция ротора в крыльчатку также увеличивает механическую постоянную времени двигателя — количество времени, необходимое двигателю для достижения 63,2 процента его конечной скорости при заданном напряжении — важный параметр для предотвращения перегрева двигателя.

τ m = Механическая постоянная времени мотора
R = Устойчивость к обмотке
J = Rotor Inertia
K E = Назад EMF Константы

5 K T = Константа крутящего момента

Как показано в уравнении, механическая постоянная времени двигателя частично зависит от инерции ротора.Когда ротор встроен в крыльчатку, инерция ротора и крыльчатки рассматривается вместе. Эта более высокая инерция приводит к более высокой механической постоянной времени и, следовательно, к более длительному времени, в течение которого двигатель достигает требуемой скорости.

Вращение ротора двигателей переменного тока

Как упоминалось в нашей предыдущей статье о вращающихся магнитных полях двигателей переменного тока, в этой статье будет рассмотрено, как магнитное поле на самом деле создает крутящий момент и вращает нагрузку. Если вы новичок в этой серии, вы можете начать с нашей статьи о конструкции двигателей переменного тока.В противном случае мы сразу перейдем к вращению ротора.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Чтобы проиллюстрировать, как работает ротор, представьте, что магнит крепится к валу в качестве замены ротора с короткозамкнутым ротором. Как подробно описано в нашей прошлой статье, когда энергия проходит через обмотки статора, образуется вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, образованное обмотками статора, затем будет взаимодействовать с отдельным магнитным полем, создаваемым магнитом, установленным на валу. Это взаимодействие между магнитными полями следует основам моторного магнетизма и полярности.

Например, южный полюс магнита притягивается к северному полюсу вращающегося магнитного поля. Точно так же северный полюс магнита притягивается к южному полюсу вращающегося магнитного поля. В результате магнит может вращаться, поскольку его притягивает вращающееся магнитное поле. Эта конструкция, используемая в некоторых двигателях, известна как синхронный двигатель с постоянными магнитами.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ НА ИНДУЦИРОВАННОМ НАПРЯЖЕНИИ

Теперь давайте вернем ротор с короткозамкнутым ротором вместо установленного на валу магнита.В основном они ведут себя одинаково. Если к статору приложить электричество, ток будет течь по обмотке и расширять электромагнитное поле. Это расширенное поле будет пересекать стержни ротора.

Напряжение (или электродвижущая сила [ЭДС]) индуцируется, когда стержень ротора или проводник другого типа входит в магнитное поле. В стержне ротора индуцированное напряжение создает ток. Ток протекает через стержни ротора и вокруг торцевого кольца. По мере протекания тока вокруг каждого стержня ротора создается больше магнитных полей.

В цепи переменного тока направление и величина тока постоянно меняются. Вот почему протекание тока также создает регулярное изменение полярности магнитного поля ротора и статора. В результате ротор с короткозамкнутым ротором образует электромагнит с чередующимися северным и южным полюсами.

На рисунке ниже показан момент времени, когда ток, протекающий через обмотку A1, образует северный полюс. Нарастающее магнитное поле распространяется по соседнему стержню ротора, что индуцирует напряжение.В результате в зубце ротора создается магнитное поле южного полюса. Затем ротор следует за вращающимся магнитным полем статора.

СКОЛЬЖЕНИЕ

Поскольку ротор следует за вращающимся магнитным полем статора, должно быть различие в скорости. Причина этого в том, что если бы оба вращались с одинаковой скоростью, они не разделяли бы относительное движение. Без относительного движения линии потока не были бы перерезаны, а ротор не получил бы индуцированного напряжения. Разница в скорости известна как «скольжение». ДЛЯ СОЗДАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ТРЕБУЕТСЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ . Величина нагрузки определяет скольжение. Если величина нагрузки увеличивается, скольжение увеличивает или замедляет ротор. Если нагрузка уменьшается, скольжение уменьшится или ускорит ротор. Проскальзывание отображается в процентах и ​​рассчитывается по приведенной ниже формуле.

В качестве примера представьте, что четырехполюсный двигатель с частотой 60 Гц имеет синхронную скорость (NS) 1800 об/мин. Предположим, что скорость вращения ротора (при полной нагрузке) составляет 1765 об/мин (NR). Если следовать формуле, промах равен 1.9%.

ДВИГАТЕЛЬ С ОБМОТЧИВЫМ РОТОРОМ

Теперь давайте отойдем от более распространенного ротора с короткозамкнутым ротором и рассмотрим фазный ротор. Одним из отличий ротора с обмоткой от ротора с короткозамкнутым ротором является то, что он состоит из катушек, а не из стержней. Эти катушки соединены с внешними переменными резисторами через щетки и контактные кольца. Напряжение в обмотках ротора индуцируется вращающимся магнитным полем. Скоростью двигателя можно управлять, увеличивая или уменьшая сопротивление обмотки ротора:

  • Скорость двигателя можно уменьшить на увеличив сопротивление обмоток ротора, что приводит к уменьшению тока.
  • Скорость двигателя может быть увеличена за счет уменьшения сопротивления обмоток ротора, что позволит протекать большему току.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Третьим типом двигателя переменного тока является синхронный двигатель, который не является асинхронным двигателем. Один тип построен аналогично ротору с короткозамкнутым ротором; однако он имеет обмотку катушки И стержни ротора. Щетки и контактные кольца соединяют обмотки катушки с внешним источником питания постоянного тока. Когда на статор подается переменный ток, синхронный двигатель запускается так же, как ротор с короткозамкнутым ротором.После того, как двигатель достигает максимальной скорости, на обмотки ротора подается постоянный ток. Это создает сильное и постоянное магнитное поле в роторе, которое соответствует вращающемуся магнитному полю. В результате ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле (или с синхронной скоростью). Поэтому проскальзывания нет. Различные типы синхронных двигателей имеют ротор с постоянными магнитами. В этом случае внешний источник постоянного тока не нужен, поскольку ротор представляет собой постоянный магнит. Эти типы можно найти на синхронных двигателях малой мощности.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Мы надеемся, что это руководство по вращению ротора двигателей переменного тока помогло вам лучше понять принцип работы электродвигателей. Если вы хотите узнать больше, ознакомьтесь с другими нашими ресурсами, посвященными терминологии двигателей переменного тока и тому, как читать паспортные таблички электродвигателей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.