Фазный ротор электродвигателя
Широкое распространение асинхронного электродвигателя (АД) вызвано его надежностью и простотой конструкции. Статор такого двигателя стандартный, представляет собой изготовленный из пластин электростатической стали полый цилиндр с трехфазной обмоткой. Ротор же может быть короткозамкнутым и фазным. Последний вариант получил более широкое распространение по ряду причин, хотя его конструкция намного сложнее, чем у короткозамкнутого ротора.
Конструкция фазного ротора
Фазный ротор АД конструктивно напоминает его статор. Основа ротора набирается из пластин электростатической стали, которые насаживаются на вал. Конструкция имеет продольные пазы, в которые укладываются витки катушек фазной обмотки. Количество фаз ротора строго соответствует количеству фаз статора. Для подключения обмотки ротора к цепи, на валу последнего устанавливаются 3 контактных кольца, к которым подведены концы обмотки, находящиеся в соприкосновении с токопроводящими щетками.
В зависимости от напряжения сети, фазы обмотки соединяются “треугольником” или “звездой”. Оси катушек двухполюсного электродвигателя смещены на 120 градусов относительно друг друга.
Контактные кольца изготавливаются из латуни или стали. На вал они посажены с обязательной изоляцией между собой. Щетки расположены на щеткодержатле, изготовлены из металлографита, к кольцам прижимаются посредством пружин.
Зачем нужно добавочное сопротивление?
Добавочное сопротивление служит для запуска двигателя с нагрузкой на его валу. Как только достигаются номинальные обороты вала, сопротивление отключается за ненадобность, а кольца закорачиваются. В противном случае работа электродвигателя будет нестабильной, возникнут потери КПД.
Роль добавочного внешнего сопротивления, как правило, выполняет ступенчатый реостат.
В этом случае двигатель будет разгонятся тоже ступенчато. Часто используются устройства, способные поднять КПД двигателя, при этом избавляя щетки от излишнего трения о кольца. После разгона устройство поднимает щетки и замыкает кольца.
Для реализации автоматического пуска электродвигателя используется подключенная индуктивность к обмотке ротора. Дело в том, что в тот момент, когда осуществляется пуск, в роторе показатели индуктивности и частоты тока максимальны. При разгоне двигателя эти показатели падают, а в конечном итоге двигатель выходит на нормальный рабочий режим.
Отличие короткозамкнутого ротора от фазного
В короткозамкнутом роторе электродвигателя, в отличие от фазного варианта, нет обмоток. Их заменяют замкнутые с торцов между собой кольцами стержни, изготовленные из алюминия или меди. Визуально конструкция такого ротора напоминает беличье колесо, от чего он и получил свое название — “беличья клетка”.
Короткозамкнутый ротор приводится во вращение за счет наведения тока магнитным полем статора.
Чтобы исключить пульсирование магнитного поля в роторе, стержни “беличьей клетки” располагаются параллельно между собой, но под наклоном относительно оси вращения. АД с короткозамкнутым ротором обладают высокой надежностью за счет отсутствия щеток, которые со временем перетираются. Кроме того, их стоимость меньше, чем у вариантов с фазным ротором.
Преимущества и недостатки электродвигателя с фазным ротором
Широкое распространение АД с фазным ротором получил за счет ряда серьезных преимуществ перед другими машинами подобного рода. Среди них следует отметить большой вращающий момент при запуске, а также относительно постоянную скорость вращения даже при высоких нагрузках. Такие электродвигатели для запуска требуют меньший пусковой ток, а конструкция позволяет использовать автоматические пусковые устройства. Кроме того, эти электрические машины хорошо переносят продолжительные перегрузки.
Как и любой электрический механизм, электродвигатели с фазным ротором имеют ряд недостатков:
- Чувствительность к перепадам напряжения;
- Большие габаритные размеры
- Высокая стоимость;;
- Более сложная конструкция за счет цепи ротора с добавочным сопротивлением;
- Меньшие показатели коэффициента мощности и КПД (относительно АД с короткозамкнутым ротором).
Область применения электродвигателей с фазным ротором
Ад с фазным ротором, за счет высокого крутящего момента, низких пусковых токов и способности долговременно работать при повышенных нагрузках, используются там, где необходима большая мощность электродвигателя, но нет необходимости плавно регулировать скорость вращения в широких диапазонах. Кроме того, эти машины отлично приспособлены под пуск с нагрузкой на валу.
За счет высокой производительности, наиболее часто АД с фазным ротором используются на различном серьезном, тяжелом силовом оборудовании, например, подъемных кранах, лифтовых приводах, станках, различных подъемниках. Иными словами, эти двигатели используются там, где есть необходимость запуска под нагрузкой, а не на холостом ходу.
Проверка электродвигателя с фазным ротором
Как известно, электродвигатели с фазным ротором имеют обмотки как на статоре, так и на роторе, что повышает вероятность выхода из строя именно одной из них.
Для проверки обмоток статора трехфазного АД на целостность, необходимо добраться до клемм их подключения. Затем нужно произвести замеры сопротивлений между фазными клеммами по отдельности, предварительно сняв перемычки. Если сопротивление какой-либо обмотки меньше, чем у других, это свидетельствует о замыкании между ее витками. В этом случае двигатель отдается на перемотку.
Для проверки обмоток ротора, необходимо отыскать выводы от контактных колец. Затем нужно убедиться, что сопротивления обмоток совпадают. Если конструкция электродвигателя предусматривает наличие системы отключения обмоток ротора, отсутствие контакта может быть обусловлено именно поломкой данного механизма, а не обрывом витков.
О наличие какой-либо неисправности АД могут свидетельствовать следующие факторы:
- Снижение скорости вращения при нагрузке. Характерно для высокого сопротивления в цепи ротора, слабого контакта в его обмотке, низкого напряжения электросети
- Разворачивание АД, когда цепь ротора разомкнута – КЗ в обмотке ротора
- Чрезмерное равномерное повышение температуры двигателя – длительная перегрузка АД или его недостаточное охлаждение
- Нагрев статорной обмотки местного характера – двойное замыкание катушек статора на корпус или между фазами, КЗ между витками, неверное подключение катушек в фазе между собой
- Нагрев стали статора местного характера – нарушение изоляции между листами стали, их оплавление и выгорание, замыкание
- Посторонний шум при работе АД.
Может быть вызван как выходом из строя подшипников, так и недостаточной запрессовкой активной стали. Определяется на слух по характеру постороннего шума - Перегорание в обмотке якоря предохранителей, отсутствие контакта в подводящей проводке, выход из строя реостата
Для самостоятельной диагностики и исправления неисправностей электродвигателя необходимыми являются хотя-бы минимальные познания в устройстве АД и электрических цепях в целом. Все же крайне не рекомендуется самостоятельно заниматься ремонтом электродвигателя с фазным ротором, так как это может привести к поражению электрическим током.
Что такое Трехфазный Асинхронный Электродвигатель?
Конструкция асинхронного электродвигателя
Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей — статора и ротора. Статор — неподвижная часть, ротор — вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.
Статор асинхронного двигателя
Ротор асинхронного двигателя
Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.
Корпус и сердечник статора асинхронного электродвигателя
Конструкция шихтованного сердечника асинхронного двигателя
Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.
Принцип работы. Вращающееся магнитное поле
Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле.
Вращающееся магнитное поле — это основная концепция электрических двигателей и генераторов.
Вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя
Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки.
- f1 – частота переменного тока, Гц,
- p – число пар полюсов
Концепция вращающегося магнитного поля
Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток текущий по проводнику создает магнитное поле вокруг него. На рисунке ниже показано поле создаваемое трехфазным переменным током в конкретный момент времени
Магнитное поле прямого проводника с постоянным током
Магнитное поле создаваемое обмоткой
Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле.
При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду.
Магнитное поле создаваемое трехфазным током в разный момент времени
Ток протекающий в витках электродвигателя (сдвиг 60°)
Вращающееся магнитное поле
Действие вращающегося магнитного поля на замкнутый виток
Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь ЭДС вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.
Влияние вращающегося магнитного поля на замкнутый проводник с током
Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя
По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель.
Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.
Короткозамкнутый ротор «беличья клетка» наиболее широко используемый в асинхронных электродвигателях (показан без вала и сердечника)
Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем.
Вращающееся магнитное поле пронизывающее короткозамкнутый ротор
Магнитный момент действующий на ротор
Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения.
Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.
Скольжение асинхронного двигателя. Скорость вращения ротора
Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора n2 меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора n1.
Объясняется это тем, что ЭДС в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2<n1. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной s, называемой скольжением:
- где s – скольжение асинхронного электродвигателя,
- n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,
- n2 – частота вращения ротора, об/мин,
Рассмотрим случай когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора.
Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n
Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называется номинальным скольжением.
Для асинхронных двигателей малой и средней мощности номинальное скольжение изменяется в пределах от 8% до 2%.
Преобразование энергии
Асинхронный двигатель преобразует электрическую энергию подаваемую на обмотки статора, в механическую (вращение вала ротора). Но входная и выходная мощность не равны друг другу так как во время преобразования происходят потери энергии: на трение, нагрев, вихревые токи и потери на гистерезисе. Это энергия рассеивается как тепло. Поэтому асинхронный электродвигатель имеет вентилятор для охлаждения.
Купить асинхронный трехфазный электродвигатель можно у нас в интернет магазине, всегда рады помочь!
Как проверить ротор асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Содержание
- Как правильно прозвонить электродвигатель мультиметром
- Какие бывают электрические двигатели
- Проверка мультиметром однофазных коллекторных ЭД
- Проверка ротора
- Тестирование статора
- Проверка мультиметром трёхфазных двигателей
- Особенности
- Выводы
- Техника безопасности
- Заключение
- Видео по теме
- Как проверить трехфазный электродвигатель – советы электрика
- Как проверить электродвигатель: прозвонка тестером и другие способы
- Что необходимо помнить при проверке
- Проверяем подшипники
- Проверяем двигатели визуально
- Как прозвонить электродвигатель мультиметром
- Другие неисправности
- Как проверить обмотку электродвигателя
- Испытание изоляции обмоток
- Проверка обмоток на обрыв и междувитковое замыкание
- Проверка асинхронных трёхфазных двигателей с короткозамкнутым ротором
- Проверка конденсаторных двигателей
- Сопротивление рабочей обмотки всегда меньше, чем у пусковой
- Проверка коллекторных двигателей
- Проверка моторов с фазным ротором
- Как прозвонить электродвигатель мультиметром
- Подготовка
- Этапы работы
- Проверка коллекторного электродвигателя
- Как проверить электродвигатель
- Начало ремонта
- Как проверить цельность обмоток мотора?
- Тестирование обмоток катушки
- Диагностика якоря
- Заключение
- Видео
Как правильно прозвонить электродвигатель мультиметром
В современном мире человек окружил себя огромным количеством различных устройств, где в качестве силовых агрегатов используются электродвигатели.
Как и все механизмы, они могут со временем выйти из строя. Порой это могут быть незначительные поломки, выявив которые самостоятельно, можно вернуть работоспособность любимой технике без лишних финансовых затрат. Диагностику электромотора называют «прозвонкой». Многие пользователи часто хотят узнать, как прозвонить в бытовых агрегатах электродвигатели мультиметром.
Какие бывают электрические двигатели
Все виды моторов похожи по своему принципу устройства. В корпусе любого движка закреплён статор. Его можно представить, как гильзу, состоящую из одной или нескольких обмоток аналогично катушкам трансформатора. Внутри статора на двух подшипниках вращается ротор (якорь), который представляет собой цилиндр из листов электромеханической стали с контактными кольцами (коллекторами) или якорь, состоящий из бронзовых, алюминиевых и медных стержней в пазах корпуса, соединённых на торцах кольцами.
Существующие модификации электродвигателей (ЭД) по их принципиальному устройству делят на 4 группы – это двигатели:
Проверка мультиметром однофазных коллекторных ЭД
Самодеятельных мастеров или желающих ими стать больше всего интересует прозвонкка электродвигателя домашней техники мультиметром.
Проверка исправности движка сводится к диагностированию ротора и статора по отдельности. В бытовой технике применяются однофазные ЭД коллекторного типа. Чтобы приступить к проверке электродвигателя, его разбирают, вынимая статор из корпуса мотора, и в свою очередь извлекают из него якорь.
Следует заметить то, что предварительно нужно осмотреть части электромотора на предмет наличия механических повреждений. Потому, что если таковые обнаружатся, то дальнейшая проверка тестером окажется ненужной. В случае отсутствия таких явлений, как износ и трение подшипников, износ коллекторных колец, проворачивание вращающихся деталей относительно друг друга, приступают к следующим этапам диагностики.
Проверка ротора
Проверяемый ротор извлекают из статора ЭД, подготавливают мультиметр. Диагностируют якорь таким образом:
В процессе тестирования все показания прибора записывают. Результаты замеров на каждом этапе диагностики должны быть равной величины.
Это будет свидетельствовать об исправности ротора. Когда показания прибора будут иными, то тогда это будет означать либо короткое замыкание, либо обрыв проводников в местах замеров.
Первым делом отсоединяют провода статора. Затем производят визуальный осмотр внешнего состояния деталей. Допустимо незначительное потемнение обмотки электродвигателя, что является результатом старения лака. Подготавливают мультиметр. Для начала прибор устанавливают в режим сопротивления — рычаг переводят на отметку 200 Ом. Далее поступают следующим образом:
Проверка мультиметром трёхфазных двигателей
Нередко в приусадебных хозяйствах или в небольших мастерских можно встретить агрегаты и станочное оборудование, оснащённые трёхфазными электромоторами. При отказе определение работоспособности и неисправности движка производят специальными измерителями.
Обмотки статоров двигателей состоят из 3-х катушек, которые соединены между собой треугольником или звездой. Тестирование замыкания на корпус проводят мегомметром.
Можно воспользоваться бытовым прибором, если он имеет такую возможность.
Диагностику двигателя некоторые специалисты осуществляют, не разбирая двигатель. Это происходит в редких случаях, когда на моторе отсутствует контактная коробка, куда выводятся концы проводов обмоток. Щупы мультиметра просовывают в зазоры между статором и ротором, касаясь ими нужных частей и контактов. Единственный недостаток такого метода в невозможности проверить межвитковое замыкание 3-х обмоток статора.
Особенности
Современное электрооборудование оснащается моторами с дополнительными защитными устройствами такими, как термопредохранители, термореле и датчики оборотов двигателя.
Выводы
Проверки состояния электродвигателя мультиметром с положительным результатом можно охарактеризовать тем, что все параллельные замеры контактов статора и ротора должны быть одинаковыми. В случае отклонений от этих требований искать поломку или обрыв проводников нужно в местах замеров. Следует учитывать то обстоятельство, что бытовые тестеры часто допускают некоторую погрешность измерений.
В отличие от цифровых приборов стрелочные приборы более точны. Чтобы это проверить, в режиме 200 Ом щупы замыкают. На экране должен появиться «0» либо другая цифра от 0.1 до 0.2 Ом. Это и будет являться погрешностью тестера.
Техника безопасности
Работать с частями разобранного электромотора надо на чистом рабочем столе. Освещение рабочего места не должно создавать затемнённые места. Руки должны быть защищены перчатками, а глаза очками. Работник должен быть обут в ботинки на толстой резиновой подошве. Это нужно делать для того, чтобы избежать неприятностей при испытании мотора после его диагностики.
Заключение
Нельзя допускать дальнейшую эксплуатации электродвигателя при появлении первых признаков неисправности агрегата. Если не хватает знаний и умения, как проверить электродвигатель мультиметром, то лучше не заниматься этим самостоятельно. В таком случае вызывают мастера на дом или относят мотор в ремонтную мастерскую.
Видео по теме
Источник
Как проверить трехфазный электродвигатель – советы электрика
Как проверить электродвигатель: прозвонка тестером и другие способы
Большое число электроприборов на 220 В, которыми пользуется каждый, содержит электрические движки.
Это и различные виды электроинструмента, и электроприборы, используемые на кухне и в квартире — стиральные и посудомоечные машины, пылесосы и т. д. и т. п.
Все эти моторы выполняют механическую работу и этим существенно облегчают нашу жизнь. Поэтому их неисправности, что называется, как гром среди ясного неба.
Внезапно становится понятной значимость электромотора и его исправность. Чтобы не допустить подобную неприятность, движки бытовых электроприборов и электроинструмента рекомендуется периодически проверять.
Причем проверки должны соответствовать эксплуатационной нагрузке — чем продолжительнее электроприбор используется, тем более частые проверки необходимы.
В связи с этим расскажем далее нашим читателям, как проверить электродвигатель самостоятельно.
Что необходимо помнить при проверке
Не рекомендуем нашим читателям самостоятельно проверять электрические движки, да и любые другие электроприборы без определенного, пусть даже небольшого объема знаний в электрике.
Хотя такая проверка и не требует детальных технических описаний и знания большого числа формул, всегда есть риск поражения электрическим током. По этой причине лучше всего поручать проверки и ремонты электрооборудования подготовленным кадрам.
А без определенных знаний одно неверное прикосновение отверткой не там где надо может испортить либо движок, либо что-то еще.
Напомним нашим читателям, что работа каждого электродвигателя основана на взаимодействии статора и ротора.
Пример конструкции движка с внешним ротором, примененного в центробежном вентиляторе
Проверяем подшипники
Перемещение ротора относительно статора возможно благодаря подшипникам.
Они могут быть конструктивно выполнены на одном из принципов:
Легкость вращения вала и ротора электродвигателя — это первый пункт проверки любого движка. Чтобы его реализовать на практике, необходимо:
Оцениваем состояние подшипников
Но поскольку часто движки являются частью электропривода с редуктором, необходимо точно знать то, что вал, за который берешься, — это часть ротора, а не редуктора.
Некоторые шестеренчатые редукторы с определенным усилием все же позволяют провернуть свой вал, и таким образом можно сделать оценку состояния подшипников. Но многие глобоидные и червячные — нет.
В таком случае надо попытаться получить доступ к валу двигателя внутри редуктора. А еще лучше — отсоединить по возможности редуктор от движка.
Если вращение затруднено, значит, подшипник неисправен по следующим причинам:
Поломанный шариковый подшипник
Проверяем двигатели визуально
Если подшипники в хорошем состоянии, взявшись рукой за вал и покачав его из стороны в сторону, не ощущаешь люфт.
При этом в работающем движке не слышен шум, идущий от подшипника.
И, наоборот, в изношенном подшипнике заметен и люфт, и значительный шум, особенно если это подшипник качения.
Для асинхронного двигателя, независимо от того, трехфазный он или однофазный, отсутствие нормальной работоспособности чаще всего связано именно с подшипниками.
В таких движках это единственные детали, которые со временем механически изнашиваются. Исключение составляют асинхронные движки с кольцами. Их содержат также и синхронные электродвигатели.
Кольца и скользящие по ним щетки подвержены износу и наряду с подшипниками осматриваются для проверки их нормальной работоспособности. Поверхности колец, пребывающих в хорошем и исправном состоянии, гладкие и без царапин.
Щетки должны быть притерты к поверхности колец и надежно прижаты к ним.
Щетки: слева изношенные, справа новыеТрёхфазный асинхронный двигатель с фазным роторомЭлектродвигатели с контактными кольцами
Но для большинства читателей наиболее частыми будут проблемы, связанные с коллекторными движками.
Они являются основными во всех электроприборах и электроинструментах. И в них также изнашивающимися деталями являются подшипники и щетки. Но скольжение щеток происходит не по кольцам, а по коллектору.
Его поверхность неоднородна, что существенно ускоряет износ щеток, которые при этом превращаются в графитовую пыль.
Она оседает на всех поверхностях движка и корпуса электроприбора, создавая условия для появления электрических цепей. Поэтому при проверке таких электроприборов важно своевременно выявить критический уровень загрязнения графитовой пылью и выполнить качественную очистку от нее как самого двигателя, так и всех остальных поверхностей.
Как прозвонить электродвигатель мультиметром
Но осмотр рисковых элементов электродвигателей обычно недостаточен. Тем более что таким способом невозможно выявить неисправность в обмотках.
Поэтому надо знать, как прозвонить электродвигатель мультиметром или тестером.
Такая прозвонка обмоток электродвигателя трехфазного, однофазного и постоянного тока позволит разобраться в некоторых неисправностях и выявить необходимость перемотки поврежденной обмотки.
Измерять сопротивление обмотки обычно не имеет смысла, поскольку сопротивление обмоток большинства движков весьма мало по своей величине.
Причем омическое сопротивление тем меньше, чем больше мощность и, соответственно ей, сечение обмоточных проводов. Кстати, это же характерно и для трансформаторов.
Поэтому проверка обмоток при появлении характерных неисправностей в электродвигателях сводится к тому, чтобы прозванивать их тестером.
К сожалению, таким способом прозвонить обмотку с целью предотвращения неисправности не получится. Так можно только разобраться с уже возникшими неисправностями. А они в движках влияют на правильность вращения ротора.
При этом скорость вращения уменьшается, корпус заметно сильнее нагревается, звук работающего двигателя ощутимо изменяется.
Особенно это заметно на слух в коллекторных двигателях.
Они работают с характерным жужжанием, которое связано с магнитострикционным эффектом.
Если обрывается соединение одной или нескольких обмоток, они не создают звуковых колебаний, и тональность звука понижается.
Чтобы найти повреждение, нужен тестер, настроенный на измерение сопротивления в омах. На коллекторе расположены пары пластин одна напротив другой.
Поэтому надо одним щупом прикоснуться к любой пластине коллектора и с диаметрально противоположной стороны другим щупом найти парную пластину.
На ней прибор покажет некоторое значение сопротивления. Оно должно быть по величине небольшим, причем, его величина уменьшается по мере увеличения мощности моторов. Если искомая пластина либо не находится, либо расположена в стороне от диаметральной линии, проходящей через первую пластину, и такое расположение больше не повторяется для других пластин, подобных первой, значит
Коллектор, поврежденный в ходе длительной эксплуатации
Потребуется ремонт ротора.
В ходе проверки на обследованные пластины, например, лаком для ногтей наносится метка-точка. Но сначала надо протестировать лак. После высыхания и затвердевания он должен легко отделиться от поверхности.
В коллекторных движках, работающих от сети 220 В, задействована обмотка статора. Проверить ее тестером сложнее, поскольку для сравнения измеряемых величин сопротивлений нужен еще один такой же двигатель.
Но поскольку для двигателя должно быть указано значение тока холостого хода, его можно замерить тестером.
Похожие проблемы со статором бывают и в асинхронных движках. При замыканиях между витками или на корпус скорость вращения ротора всегда уменьшается.
В таких случаях надо взять тестер и прозвонить асинхронный электродвигатель, используя таблицу сопротивлений изоляции (если она приведена в технической документации).
В исправном двигателе каждая обмотка надежно изолирована как от других обмоток, так и от корпуса, что и покажет прибор при проверке.
Другие неисправности
Но кроме уже упомянутых проблем, которые в основном бывают при эксплуатации движков, встречаются и экзотические неисправности.
Ротор типа «беличья клетка»
Соблюдение рекомендуемых условий эксплуатации и плановых осмотров позволит максимально долго и без проблем использовать оборудование с двигателями. Следуйте инструкциям и получайте от своих электроприборов максимум пользы.
Как проверить обмотку электродвигателя
Главная » Ремонт и сервис » Как проверить обмотку электродвигателя
При помощи мультиметра и нескольких приспособлений, не особо разбираясь в принципе работы электродвигателей, можно проверить:
Испытание изоляции обмоток
Независимо от конструкции, электродвигатель нужно проверить при помощи мегомметра на пробой изоляции между обмотками и корпусом. Проверки при помощи одного только мультиметра может быть недостаточно для выявления повреждения изоляции, поэтому используют высокое напряжение.
мегомметр для измерения сопротивления изоляции
В паспорте электродвигателя должно указываться напряжение для испытания изоляции обмоток на электрическую прочность.
Для двигателей, подключаемых к сети 220 или 380 В, при их проверке используются 500 или 1000 Вольт, но за неимением источника, можно воспользоваться сетевым напряжением.
паспорт асинхронного двигателя
Изоляция обмоточных проводов низковольтных двигателей не рассчитана выдерживать такие перенапряжения, поэтому при проверке нужно свериться с паспортными данными. Иногда у некоторых электродвигателей вывод обмоток, соединённых звездой, может быть подключён на корпус, поэтому следует внимательно изучать подключение отводов, делая проверку.
Проверка обмоток на обрыв и междувитковое замыкание
Чтобы прозвонить обмотки на обрыв нужно переключить мультиметр в режим омметра. Выявить междувитковое замыкание можно сравнив сопротивление обмотки с паспортными данными или с измерениями симметричных обмоток проверяемого двигателя.
Нужно помнить, что у мощных электродвигателей поперечное сечение проводов обмоток достаточно большое, поэтому их сопротивление будет близким к нулю, а такую точность измерений в десятые доли Ома обычные тестеры не обеспечивают.
Поэтому нужно собрать измерительное приспособление из аккумулятора и реостата, (приблизительно 20 Ом) выставив ток 0,5-1А. Измеряют падение напряжения на резисторе, подключенном последовательно в цепь аккумулятора и измеряемой обмотки.
Для сверки с паспортными данными, можно рассчитать сопротивление по формуле, но, можно этого и не делать – если требуется идентичность обмоток, то достаточно будет совпадения падения напряжения по всем измеряемым выводам.
Измерения можно производить любым мультиметром
Цифровой мультиметр Mastech MY61 58954
Ниже приведены алгоритмы проверки электродвигателей, у которых необходимым условием работоспособности является симметричность обмоток.
Проверка асинхронных трёхфазных двигателей с короткозамкнутым ротором
У подобных двигателей можно прозвонить только статорные обмотки, электромагнитное поле которых в замкнутых накоротко стержнях ротора наводит токи, создающие магнитное поле, взаимодействующее с полем статора.
Неисправности в роторах данных электродвигателей случаются крайне редко, и для их выявления, необходимо специальное оборудование.
Чтобы проверить трёхфазный мотор, нужно снять крышку клеммника – там находятся клеммы подключения обмоток, которые могут быть соединены по типу «звезда»
или «треугольник».Прозвонку можно сделать, даже не снимая перемычки –
достаточно измерить сопротивление между фазными клеммами – все три показания омметра должны совпадать.
При несовпадении показаний необходимо будет разъединить обмотки и проверить их по отдельности. Если расчётное сопротивление у одной из обмоток меньше, чем у остальных – это указывает на наличие междувиткового замыкания, и электродвигатель нужно отдавать на перемотку.
Проверка конденсаторных двигателей
Чтобы проверить однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, по аналогии с трёхфазным мотором, необходимо прозвонить только статорные обмотки.
Но у однофазных (двухфазных) электродвигателей имеются только две обмотки – рабочая и пусковая.
Сопротивление рабочей обмотки всегда меньше, чем у пусковой
Таким образом, измеряя сопротивление, можно идентифицировать выводы, если табличка со схемой и обозначениями затёрлась или затерялась.
Часто у таких двигателей рабочая и пусковая обмотки соединены внутри корпуса, и от точки соединения сделан общий вывод.
Принадлежность выводов идентифицируют следующим образом – сумма сопротивлений, измеренных от общего отвода должна соответствовать суммарному сопротивлению обмоток.
Проверка коллекторных двигателей
Поскольку коллекторные электродвигатели переменного и постоянного тока имеют схожую конструкцию, то алгоритм прозвонки будет одинаков.
Сначала проверить обмотку статора (в двигателях постоянного тока её может заменять магнит). Потом проверяют роторные обмотки, сопротивление которых должно быть одинаково, коснувшись щупами щёток коллектора, или противоположных контактных выводов.
Удобней проверять обмотки ротора на выводах щёток, прокручивая вал, добиваясь, чтобы щётки контактировали только с одной парой контактов – таким способом можно выявить подгорание у некоторых контактных площадок.
Проверка моторов с фазным ротором
Асинхронный двигатель с фазным ротором отличается от обычного трёхфазного электродвигателя тем, что в роторе также имеются фазные обмотки,
соединённые по типу «звезда»,
которые подключаются при помощи контактных колец на вале.Чтобы проверить роторные обмотки, нужно найти выводы от данных колец, и удостовериться в совпадении измеренных сопротивлений. Часто такие двигатели оснащаются механической системой отключения роторных обмоток при наборе оборотов, поэтому отсутствие контакта может быть из-за поломки в данном механизме.
Статорные обмотки проверяются как у обычного трёхфазного двигателя.
Фотографии позаимствованы с сайта http://zametkielectrika.ru
Как прозвонить электродвигатель мультиметром
Для выявления неисправности электродвигателя в домашних условиях за неимением дорогостоящего профессионального оборудования ничего не остается, как прозвонить электродвигатель мультиметром.
С его помощью можно определить большинство поломок, и вам не придется привлекать специалиста. Итак, что нужно сделать?
Подготовка
Перед тем, как проводить диагностику, следует:
Асинхронный, коллекторный, однофазный и трехфазный двигатели прозваниваются по одной и той же методике, небольшая разница в конструкции особой роли не играет, но есть нюансы, которые необходимо учитывать.
Этапы работы
Самые частые неисправности можно поделить на два вида:
Для начала рассмотрим, как прозвонить 3-фазный электродвигатель мультиметром. Он имеет три катушки, соединенные по схеме «треугольник» или «звезда». На его работоспособность влияют надежность контактов, качество изоляции и правильная намотка.
Необходимо помнить, что при измерении сопротивления изоляции с помощью мультиметра показания будут выше допустимых, так как ЭДС прибора не превышает 9в. Двигатель же работает при 220 или 380в. По закону Ома значение сопротивления зависит от напряжения, поэтому делайте скидку на разницу.
Далее проверьте целостность обмоток, прозвонив три конца, входящих в борно двигателя. При наличии обрыва дальнейшая проверка не имеет смысла, поскольку прежде нужно устранить эту неисправность.
Затем проверьте короткозамкнутые витки. При соединении «треугольником» показателем неисправности будет большее значение в концах А1 и А3. При соединении «звездой» прибор показывает завышенное значение в цепи А3.
Зная, как прозвонить асинхронный электродвигатель мультиметром, вы сэкономите время и деньги, так как, возможно, выявятся только мелкие неисправности, которые вы легко устраните самостоятельно.
Для более серьезной и детальной диагностики требуются другие приборы, которые редко используются в быту по причине дороговизны.
Если вы не смогли найти повреждения с помощью мультиметра, обратитесь к специалисту.
Проверка коллекторного электродвигателя
Теперь перейдем к вышеупомянутым нюансам, ведь двигатели бывают разных видов. Как прозвонить коллекторный электродвигатель мультиметром? Схема его проверки выглядит следующим образом:
Межвитковое замыкание определяется только специальным прибором.
Существует способ измерения сопротивления якоря. Снимите с него щетки и подведите к пластинам напряжение до 6в, измерьте падение напряжения между ними.
Для проверки однофазного двигателя прозвоните рабочую и пусковую обмотки. Сопротивление первой должно быть в полтора раза ниже, чем второй.
Для примера возьмем однофазный мотор с тремя выводами, использующийся в стиральных машинах (чаще старого образца). Если между концами очень большое сопротивление, значит катушки соединены последовательно. Остается найти среднюю точку и таким образом определить концы каждой из них в отдельности.
Поскольку электродвигатели встречаются в каждом доме в бытовых приборах – это и холодильник, и пылесос, и многое другое – и они периодически ломаются, знать, как проверить однофазный электродвигатель мультиметром, просто необходимо. Если поломка не слишком серьезная, нести прибор в ремонтную мастерскую нецелесообразно. И у вас появится возможность набраться опыта и получить навыки, работая с двигателями разных типов и модификаций.
Как проверить электродвигатель
Модификации электродвигателей друг с другом различаются, равно как и их дефекты. Не каждая неисправность может быть диагностирована с помощью тестера, но в большинстве случаев – вполне возможно.
Начало ремонта
Ремонт начинают со зрительного осмотра: есть ли повреждённые части, не залит ли водой электродвигатель, не появился ли запах горелой изоляции и так далее. Обмотка в асинхронном двигателе может сгореть из-за короткого замыкания между двумя соседними витками. Агрегат перегревается из-за перегрузок, возникновения больших токов.
Нередко обгоревшие обмотки видны при визуальном осмотре, и в этом случае любые измерения будут лишними. Когда никаких шансов на исправление нет, нужно удалить и заменить обмотки на новые. Иногда требуется более тщательно проверить электродвигатель.
Для начала необходимо изучить конфигурацию двигателя, например, какие обмотки используются. Все вращающиеся машины имеют две части: статор и ротор.
В электродвигателях постоянного тока имеются:
Двигатель переменного тока, обычно состоит из двух частей:
Как проверить цельность обмоток мотора?
При помощи мультиметра и нескольких подручных средств можно проверить:
Тестирование обмоток катушки
Существует простой тест, используемый для проверки состояния катушки мотора. Для чего измеряется сопротивление обмоток, которое варьируется в зависимости от длины, толщины и материала провода. Если сопротивление слишком низкое, это указывает на короткое замыкание изоляции между витками.
Можно использовать мультиметр, но лучше проверить это с мегомметром, потому что на нём используется более высокое напряжение при проверке сопротивления. Это исключает ложные показания, вызванные индуктивностью катушки мотора.
Тест показывает качество изоляции провода, которое определяется по сопротивлению измеряемой детали системы.
Полученные результаты сверяются с табличными данными допустимых сопротивлений изоляции кабеля до 1 кВ, изложенными в правилах устройства электроустановок (ПУЭ).
По результатам проверки может быть предсказан сбой, прежде чем он произойдёт на самом деле. Это позволяет в производственном цеху осуществить ремонт или замену оборудования во время работы.
Как проверяется катушка электродвигателя мультиметром можно посмотреть на видео:
Диагностика якоря
Проверить исправность электродвигателя тоже можно с помощью цифрового специального устройства проверки якорей Э236. Для этого помещают якорь на призму приборчика, который потом подключают к сети.
Процесс диагностики включает в себя следующие шаги:
При наличии межвиткового замыкания полотно, близкорасположенное к пазу, начнет вибрировать и притягиваться к механизму.
Наглядная демонстрация проверки якоря показана по видео:
Чтобы оперативно прозвонить обрыв в цепях движка, можно воспользоваться рабочим стендом с источником постоянного тока, инвертором, цифровым вольтметром, компаратором напряжений, световым индикатором и зуммером обрыва.
На нём же можно определить междувитковое замыкание.
Заключение
Далеко не всегда имеется возможность приобрести дорогостоящие аппараты специального назначения. Поэтому важно знать, как проверить двигатель простым мультиметром, очень нужным в хозяйстве электроизмерительным прибором. Он заменяет множество отдельных инструментов, необходимых для проверки цепей.
Посмотреть видео урок проверки статора на обрыв можно здесь:
Источник
Видео
Обрыв стержней ротора асинхронного двигателя.mp4
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
Короткозамкнутый и фазный ротор
Правильный прозвон электродвигателя и неисправности ротора / А-лифт
Проверка якоря и статора в домашних условиях
РОТОР НЕ ВСЕГДА ЯКОРЬ или «маленький ликбез благодаря википедической премудрости»
Прозвонка 3 х фазного электродвигателя на работоспособность
Как проверить ротор двигателя
Принцип работы асинхронного электродвигателя
Проверка статора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором на витковое замыкание
Двигатель переменного тока— основные свойства, терминология и теория Двигатель переменного тока
преобразует электрическую энергию в механическую.
В двигателе переменного тока используется переменный ток, другими словами, направление тока периодически меняется. В случае обычного переменного тока, который используется на большей части территории Соединенных Штатов, ток меняет направление 120 раз в секунду. Этот ток называется «переменный ток 60 циклов» или «переменный ток 60 Гц» в честь г-на Герца, который первым придумал концепцию переменного тока. Другая характеристика текущего потока состоит в том, что он может изменяться по количеству. Например, поток может встречаться в 5 ампер, 10 ампер или 100 ампер.
Было бы довольно трудно, если бы ток, скажем, 100 ампер в один момент протекал в положительном направлении, а затем протекал с такой же силой в отрицательном направлении. Вместо этого, по мере того, как ток готовится изменить направление, он сужается до тех пор, пока не достигнет нулевого потока, а затем постепенно нарастает в другом направлении. Максимальный ток (пики линии) в каждом направлении превышает указанное значение (в данном случае 100 ампер).
Поэтому указанное значение дано как среднее. Важно помнить, что сила магнитного поля, создаваемого электромагнитной катушкой переменного тока, увеличивается и уменьшается с увеличением и уменьшением этого переменного тока.
Магазин ПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Двигатель переменного тока состоит из двух основных электрических частей: «статора» и «ротора», как показано на рисунке 8. Статор является неподвижным электрическим компонентом. Он состоит из группы отдельных электромагнитов, расположенных таким образом, что они образуют полый цилиндр, причем один полюс каждого магнита обращен к центру группы. Термин «статор» происходит от слова «стационарный». Тогда статор является неподвижной частью двигателя. Ротор представляет собой вращающийся электрический компонент. Он также состоит из группы электромагнитов, расположенных вокруг цилиндра, полюса которых обращены к полюсам статора. Ротор расположен внутри статора и закреплен на валу двигателя.
Термин «ротор» происходит от слова вращающийся. Таким образом, ротор является вращающейся частью двигателя. Задача этих компонентов двигателя — заставить вращаться ротор, который, в свою очередь, будет вращать вал двигателя. Это вращение произойдет из-за ранее обсуждавшегося магнитного явления, когда разные магнитные полюса притягиваются друг к другу, а одинаковые полюса отталкиваются. Если вы постепенно меняете полярность полюсов статора таким образом, что их объединенное магнитное поле вращается, то ротор будет следовать и вращаться вместе с магнитным полем статора.
Как показано на рис. 9, статор имеет шесть магнитных полюсов, а ротор — два полюса. В момент времени 1 полюса статора A-1 и C-2 являются северными полюсами, а противоположные полюса, A-2 и C-1, являются южными полюсами. S-полюс ротора притягивается двумя N-полюсами статора, а два южных полюса статора притягиваются к N-полюсу ротора. Во время 2 полярность полюсов статора меняется так, что теперь полюса C-2, B-1 и N, а C-1 и B-2 являются полюсами S.
Затем ротор вынужден повернуться на 60 градусов, чтобы выровняться с полюсами статора, как показано на рисунке. В момент 3 B-1 и A-2 равны N. В момент 4 A-2 и C-1 равны N. При каждом изменении противоположные полюса статора притягиваются к полюсам ротора. Таким образом, когда магнитное поле статора вращается, ротор вынужден вращаться вместе с ним.
Одним из способов создания вращающегося магнитного поля в статоре двигателя переменного тока является использование трехфазного источника питания для катушек статора. Чтобы создать вращающееся магнитное поле в статоре трехфазного двигателя переменного тока, все, что нужно сделать, это правильно намотать катушки статора и правильно подключить провода питания. Соединение для 6-полюсного статора показано на рисунке 11. Каждая фаза трехфазного источника питания подключена к противоположным полюсам, а соответствующие катушки намотаны в одном направлении. Полярность полюсов электромагнита определяется направлением тока, протекающего через катушку.
Следовательно, если два противоположных электромагнита статора намотаны в одном направлении, полярность противоположных полюсов должна быть противоположной. Когда полюс A1 — это N, полюс A2 — это S, а когда полюс B1 — это N, B2 — это S и так далее.
На рис. 12 показано, как создается вращающееся магнитное поле. В момент времени 1 ток в полюсах фазы «A» положительный, а в полюсе A-1 — N. Ток в полюсах фазы «C» отрицательный, что делает C-2 полюсом N, а C-1 — S. В фазе «В» ток отсутствует, поэтому эти полюса не намагничены. В момент времени 2 фазы сместились на 60 градусов, в результате чего полюса C-2 и B-1 стали оба N, а C-1 и B-2 оба S. Таким образом, по мере того, как фазы сдвигают свой ток, результирующие полюса N и S перемещаются. по часовой стрелке вокруг статора, создавая вращающееся магнитное поле. Ротор действует как стержневой магнит, притягиваемый вращающимся магнитным полем.
До сих пор мало что было сказано о роторе.
В предыдущих примерах предполагалось, что полюса ротора были намотаны катушками, как и полюса статора, и питались постоянным током для создания полюсов с фиксированной полярностью. Кстати, именно так работает синхронный двигатель переменного тока. Однако большинство двигателей переменного тока, используемых сегодня, не являются синхронными двигателями. Вместо этого так называемые «асинхронные» двигатели являются рабочими лошадками промышленности. Так чем же отличается асинхронный двигатель? Большая разница заключается в том, как ток подается на ротор. Это не внешний источник питания. Как вы можете догадаться из названия двигателя, вместо него используется индукционная техника. Индукция — еще одна характеристика магнетизма. Это естественное явление, которое возникает, когда проводник (алюминиевые стержни в случае ротора, см. рис. 13) проходит через существующее магнитное поле или когда магнитное поле проходит мимо проводника. В любом случае их относительное движение вызывает протекание электрического тока в проводнике.
Это называется «индуцированным» током. Другими словами, в асинхронном двигателе протекание тока в роторе вызвано не каким-либо прямым подключением проводников к источнику напряжения, а скорее влиянием проводников ротора, пересекающих линии потока, создаваемые магнитными полями статора. Индуцированный ток, создаваемый в роторе, приводит к возникновению магнитного поля вокруг проводников ротора, как показано на рисунке 14. Это магнитное поле вокруг каждого проводника ротора заставляет каждый проводник ротора действовать как постоянный магнит на рисунке 9.пример. Когда магнитное поле статора вращается, из-за воздействия трехфазного источника питания переменного тока наведенное магнитное поле ротора притягивается и будет следовать за вращением. Ротор соединен с валом двигателя, поэтому вал вращается и приводит в движение соединительную нагрузку.
Электродвигатели переменного тока доступны в 3 типах; 3-фазный IEC, однофазный NEMA и трехфазный NEMA. Эти двигатели переменного тока имеют мощность от одной восьмой до 750 л.
с. Диапазон напряжений от 115 до 575. Прежде чем сделать окончательный выбор, проконсультируйтесь со специалистом по применению двигателей. Правильный выбор двигателя может сэкономить энергию и со временем снизить затраты на эксплуатацию вашей системы.
Целевые показатели КПД 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:
- Дополнительное снижение общих потерь на 10-15 % по сравнению с современными энергоэффективными двигателями или:
- Достичь того же КПД, что и у алюминиевого ротора, при одновременном снижении общей стоимости производства двигателя, или:
- Или уменьшить общий вес двигателя, сохранив при этом такой же КПД, как у двигателя с алюминиевым ротором.
- Посмотреть снижение потерь, достижимое для двигателей с медными роторами
- Просмотр снижения общих производственных затрат
- Просмотр достижимого снижения веса
1.
2.1 Снижение общих потерьБлагодаря 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.
| Моторная мощность (HP) | Моторная частота (Гц) | Эффективность | Повышение эффективности (процентные точки) | Снижение потери ротора | REF | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ALUMININININININININININININININININININININMININININININMININININMINN 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 | ||||||
Ссылки). В таблице 1.
2.1.2 (ниже) перечислены значительные улучшения эффективности, которые могут быть достигнуты при замене алюминиевых токопроводящих стержней ротора на медные, но также при изменении конструкции двигателя с учетом улучшенных свойств меди.
| Motor Power (HP) | Motor Frequency (Hz) | Design Change | Efficiency | Improvement in Efficiency (percentage points) | Percentage Reduction in Rotor Losses | Ref | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Aluminum Rotor | Copper 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- 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
- 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, .
- 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)
- Э. Ф. Браш-младший, Д. Т. Петерс, Дж. Г. Коуи, М. Доппельбауэр и Р. Киммич, «Последние достижения в разработке двигателя с литым под давлением медным ротором», 2004 г.
- Франческо Парасилити и Марко Виллани, «Дизайн и высокоэффективные асинхронные двигатели с медными роторами, отлитыми под давлением», получить ссылку
- 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.
- 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.
- Favi Copper Info Rotor лист № 7, «Отчет об энергопотреблении асинхронной машины с ротором из алюминия или C97»
- М. Полуджадофф, Дж. К. Мипо и М. Нурдин, «Некоторые экономические сравнения алюминиевых и медных беличьих клеток», IEEE Trans. Преобразование энергии., Vol. 10, нет. 3, 1995, сентябрь, стр. 415-418
- Сиан Ли и Карло Ди Пьетро, «Повышение эффективности литого под давлением медного ротора и экономическое рассмотрение», IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.
10, №3, 19 сентября95, стр 419 - 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 общих производственных затрат
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%.
| Тип двигателя | Стоимость стали ($) † | Стоимость обмоток ($) | Стоимость ротора ($) | Стоимость сборки вала/корпуса* ($) 7 Экономия 5 с 5 Экономия ($) 5 ($) для двигателей с медным и алюминиевым ротором | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Доллары | Проценты | ||||||
| Двигатель 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 расходы также включены в столбцы для отдельных прямых затрат **Отраслевой эквивалент по энергоэффективности (91,1%) и производительности | |||||||
| Тип двигателя | Стоимость стали ($) † | Стоимость обмоток ($) | Стоимость ротора ($) | Стоимость узла вала/корпуса* ($) | Итого ($) | 0054 | Экономия затрат на двигатели с медным ротором по сравнению с двигателями с алюминиевым ротором | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Доллары | Проценты | |||||||
| Двигатель 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 отдельных прямых затрат **Эквивалент отрасли по энергоэффективности (91,1%) и производительности | ||||||||
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. 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%.
| 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 | |||||||
| 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 | |||||||
2.3.1: Возможное снижение веса при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 5,5 кВт его медным аналогом. Двигатели имеют эквивалентную энергоэффективность и производительность. 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.
Вернуться к началу
Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
Электрические двигатели — машины, преобразующие электричество в механическую энергию — широко распространены в инженерном мире. Они являются краеугольным камнем инженерных достижений, таких как лифты, насосы и даже электромобили, благодаря способности использовать эффект электромагнитной индукции. Эти так называемые асинхронные двигатели используют переменный ток и электромагнетизм для создания вращательного движения и бывают разных конфигураций. Особое внимание в этой статье будет уделено асинхронному двигателю переменного тока особого типа, известному как двигатель с фазным ротором.
Хотя эти двигатели используются только в особых сценариях, они имеют явное преимущество перед другими популярными вариантами (беличьей клеткой, синхронными двигателями и т. д.) благодаря своим уникальным характеристикам. Будут изучены устройство и работа этих двигателей, а также конкретные характеристики, которые делают их столь важными для приложений, где другие, более популярные асинхронные двигатели не могут быть реализованы.
Что такое двигатели с фазным ротором?
Двигатели с фазным ротором представляют собой особый тип двигателей переменного тока и работают почти так же, как и другие асинхронные двигатели. Они состоят из двух основных компонентов: внешнего статора и внутреннего ротора, разделенных небольшим воздушным зазором. Статор, как правило, одинаков для всех асинхронных двигателей и состоит из металлических пластин, которые удерживают на месте обмотки из медного или алюминиевого провода. В статоре есть три отдельные катушки, на которые подается трехфазный переменный ток, что просто означает, что каждая из них питается от отдельного переменного тока.
Это не всегда так: некоторые двигатели являются однофазными, но двигатели с фазным ротором, как правило, всегда трехфазные. Тем не менее, эти три фазы генерируют магнитное поле, которое смещается вместе с переменными токами. Это создает вращающееся магнитное поле (RMF), которое действует на ротор. В двигателях с фазным ротором ротор «обмотан» проводом, как и статор, причем их концевые концы соединены с 3 контактными кольцами на выходном валу. Эти контактные кольца прикреплены к щеткам и блокам резисторов переменной мощности, где операторы могут изменять скорость двигателя, изменяя сопротивление катушек ротора. Эти контактные кольца позволяют регулировать скорость и крутящий момент и являются отличительной чертой двигателей с фазным ротором (именно поэтому эти двигатели часто называют двигателями с контактными кольцами).
Как работают двигатели с фазным ротором?
Мы рекомендуем прочитать нашу статью об асинхронных двигателях, чтобы понять основные законы, общие для всех асинхронных машин, но в этой статье мы кратко объясним науку, лежащую в основе работы двигателя с фазным ротором.
Эти двигатели классифицируются как асинхронные двигатели, в которых существует несоответствие (известное как «скольжение») между скоростью RMF статора (синхронная скорость) и выходной скоростью (номинальная скорость). При создании необходимого тока, напряжения и магнитной силы в обмотках ротора двигатель всегда будет испытывать проскальзывание между вращающимся полем и ротором. Не стесняйтесь посетить нашу статью о типах двигателей переменного тока, чтобы узнать больше.
Двигатели с фазным ротором отличаются тем, как их ротор взаимодействует со статором. Обмотки ротора подключены к вторичной цепи, содержащей токосъемные кольца, щетки и внешние резисторы, и питаются от отдельного трехфазного переменного тока. При пуске внешнее сопротивление этой вторичной цепи приводит к тому, что ток ротора снижает силу RMF статора (он протекает более «в фазе» с RMF статора). Это означает, что скорость вращения можно контролировать, изменяя сопротивление, когда двигатель достигает 100% скорости, что позволяет операторам выбирать пусковой момент и рабочие характеристики.
Это приводит к плавному пуску, высокому начальному крутящему моменту, низкому начальному току и возможности регулировать скорость вращения, чего нельзя достичь в более простых конструкциях, таких как двигатели с короткозамкнутым ротором (более подробную информацию об этой конструкции можно найти в нашей статье). на двигателях с короткозамкнутым ротором).
Спецификации для двигателя с фазным ротором включают в себя понимание спецификаций для всех асинхронных двигателей, которые можно просмотреть в нашей статье, посвященной асинхронным двигателям. В этой статье будут освещены важные концепции для двигателей с фазным ротором, которые необходимо понять перед покупкой одного из них, но знайте, что это не все включено.
Пусковой ток
RMF статора вращается на полной скорости при запуске трехфазного асинхронного двигателя, в то время как ротор изначально находится в состоянии покоя. Ротор испытывает наведенный ток, когда через него проходит среднеквадратичное магнитное поле статора, и единственным ограничивающим фактором для этого тока является сопротивление обмоток ротора (ток = напряжение/сопротивление).
Это приводит к большему току в роторе, что увеличивает потребность в токе в статоре и, следовательно, вызывает «бросок» пускового тока в двигатель. Этот ток может в два-семь раз превышать номинальный ток, указанный на паспортной табличке, и может вызвать серьезные проблемы в сценариях с высоким напряжением. Когда двигатель достигает номинальной скорости, ротор создает «противоЭДС» в статоре, которая снижает ток статора до номинального уровня. Пусковой ток — это то, что минимизируется в двигателях с фазным ротором за счет увеличения сопротивления в обмотках ротора (I=V/R, где R увеличивается), и поэтому они имеют такие плавные пусковые характеристики.
Момент двигателя и кривая крутящий момент-скорость
Наиболее важной характеристикой двигателей с фазным ротором является то, как они работают после подачи питания, и это визуализируется с помощью графиков крутящий момент-скорость. Асинхронные двигатели могут значительно превышать номинальный крутящий момент и ток, когда скорость не равна 100%; кривые крутящего момента и скорости отображают это переходное поведение, а на рисунке 1 показана общая кривая крутящего момента для асинхронных двигателей с обозначенными важными точками.
Рис. 1: Кривая крутящий момент-скорость для асинхронных двигателей.
Пусковой крутящий момент — это крутящий момент, создаваемый начальным пусковым током, который всегда выше номинального крутящего момента. Момент отрыва — это максимальный крутящий момент, достигаемый перед установившимся режимом, а номинальный крутящий момент — это то, что обеспечивается, когда двигатель достигает скорости 100 %. Эта связанная скорость не совсем равна синхронной скорости RMF, и это проскальзывание показано на рисунке 1.
Двигатели, использующие популярные конструкции с короткозамкнутым ротором, имеют ограниченный контроль над своими кривыми крутящий момент-скорость (узнайте больше в нашей статье о двигателях с короткозамкнутым ротором). Стержни ротора с короткозамкнутым ротором закорочены; это приводит к невозможности изменить сопротивление ротора, а это означает, что единственный способ повлиять на скорость вращения — это изменить напряжение (I=V/R, где R постоянно).
Это может вызвать проблемы в больших двигателях, где необходимый входной ток может стать опасно высоким. Двигатели с фазным ротором решают эту проблему, изменяя сопротивление ротора с помощью вторичной цепи, присоединенной к блоку сопротивления переменной мощности и токосъемным кольцам. Увеличивая сопротивление в роторе через контактные кольца, крутящий момент может быть достигнут на гораздо более низких скоростях, что обеспечивает более высокий начальный крутящий момент и более низкий пусковой ток. При достижении синхронной скорости сопротивление ротора также может быть закорочено, в результате чего двигатель с фазным ротором будет вести себя так, как если бы это был двигатель с короткозамкнутым ротором. На рис. 2 показано влияние увеличения сопротивления ротора на выходной крутящий момент.
Рис. 2. Влияние изменения сопротивления ротора на пусковой момент и пусковой момент.
На этом графике видно, что двигатель с фазным ротором гораздо лучше справляется с управлением током, крутящим моментом и скоростью, чем другие конструкции.
Изменяя сопротивление, этим двигателям потребуется меньший начальный пусковой ток для компенсации, они будут иметь более высокий пусковой момент и могут максимизировать свой пусковой момент, также сделав его пусковым моментом (пример кривой R2 на рис. 2). Результатом такого подхода является регулируемый по скорости двигатель с высоким пусковым моментом и низким пусковым током, с возможностью изменения этих характеристик по желанию оператора.
Применение и критерии выбора
Двигатели с фазным ротором могут выполнять то, что другие асинхронные двигатели не могут, а именно управление скоростью, током и крутящим моментом. Возможность увеличения сопротивления ротора при пуске двигателя позволяет плавно разгонять большие нагрузки до номинальной скорости. Когда пусковой ток должен быть сведен к минимуму или ограничение пускового тока ниже, чем могут выдержать двигатели с короткозамкнутым ротором/синхронные двигатели, рассмотрите возможность использования двигателя с фазным ротором.
У двигателей с фазным ротором есть недостатки, и они являются следствием их сложной конструкции. Вторичная цепь создает больше возможностей для ошибок, а щетки с контактными кольцами могут представлять угрозу безопасности, если их не проверять регулярно (изношенные щетки могут искрить и увеличивать риск возгорания). Эти двигатели также дороги в обслуживании, что увеличивает их и без того высокую цену. Их сложность также снижает общий КПД двигателя, и двигатель с короткозамкнутым ротором следует выбирать, если эффективность является основной задачей или конструктивным ограничением.
Несмотря на то, что двигатель с фазным ротором дорог и менее эффективен, его регулируемые характеристики крутящего момента и скорости отлично подходят для привода больших шаровых мельниц, больших прессов, насосов с регулируемой скоростью, кранов, подъемников и других нагрузок с высокой инерцией. Они также отлично подходят для любого приложения, которое требует плавного запуска и возможности изменения скорости.
Они охватывают основы, недоступные другим асинхронным двигателям, и бесценны для разработчиков, которым необходим абсолютный контроль над выходной скоростью и крутящим моментом.
Резюме
В этой статье представлено понимание того, что такое двигатели с фазным ротором, как они работают и каковы их основные характеристики, определяющие, когда их следует выбирать по сравнению со стандартными асинхронными двигателями. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.
Источники:
- https://geosci.uchicago.edu
- http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/indmot.html
- http://www.egr.unlv.edu/~eebag/Induction%20Motors.pdf
- https://oaktrust.library.tamu.edu/bitstream/handle/1969.1/163595/T17123-130.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- http://www.
