Ротор асинхронного двигателя с фазным ротором: применение в асинхронных машинах

Асинхронный двигатель – это электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую. Конструкция состоит из нескольких частей, но сегодня мы рассмотрим только подвижную часть электродвигателя – ротор.Также мы уделим внимание тому, как устроен ротор асинхронного двигателя с фазным ротором.

Конструкция ротора

Чаще всего устройство ротора асинхронного двигателя выглядит так: ротор — это стальной вал, на который напрессованы пластины холоднокатанной анизотропной электротехнической стали. Ротор выполняется пластинами, которые изолированы между собой слоем оксидной пленки. Это необходимо для уменьшения вихревых токов, которые влияют на КПД двигателя.

Виды обмоток ротора асинхронного двигателя

Далее мы разберем еще один момент. Нам предстоит выяснить то, какими бывают обмотки ротора асинхронного двигателя, для чего они нужны, разновидности, конструктивные особенности, а также методы укладки. Существует 2 типа обмотки ротора: короткозамкнутый и фазный ротор. Короткозамкнутый ротор встречается чаще, он более дешевый в исполнении, чем фазный.

Двигатели с таким ротором требуют меньше обслуживания, чем с фазным ротором. Фазный ротор применяется реже, он немного дороже в исполнении, а также из-за наличия контактных колец требует более частого обслуживания. Далее станет ясно, для чего инженеры внедрили эту конструкцию. Теперь поговорим конкретнее о каждом роторе.

Короткозамкнутый ротор

На роторе асинхронного электродвигателя имеются обмотки, которые залиты или запаяны в пазы. Для машин низкой и средней мощности обычно материалом обмоток является алюминий, а для более мощных – медь. Это необходимо для создания электромагнита, который будет как бы тянуться вслед за вращающимся магнитным потоком. Ротор под воздействием вращающегося в пространстве магнитного поля намагничивается.

Вот так и получается, что ротор имеет свое магнитное поле, которое как бы тянется вслед за вращающемся магнитным полем, расположенным в статоре.Такая конструкция обмоток ротора называется «беличья клетка». Беличья клетка контактирует напрямую с ротором, и на ней, подобно трансформатору, индуцируется магнитное поле, и, соответственно, некая электродвижущая сила. Несмотря на это, напряжение равно нулю. Ток ротора асинхронного двигателя меняется в зависимости от механической нагрузки на вал. Чем выше нагрузка, тем выше ток, протекающий в обмотках ротора.

Фазный ротор

Основная часть конструкции устроена подобно короткозамкнутому ротору. Все тот же стальной вал, на который напрессованы пластины электротехнической стали с пазами. Особенностью ротора асинхронного двигателя с фазным ротором является наличие в пазах не залитой или впаянной обмотки, а уложенной, как в статоре, обычной медной обмотки. Эти обмотки соединены между собой звездой.

То есть все концы — в одну скрутку, а оставшиеся 3 конца выводятся к контактным кольцам. Фазный ротор изготавливается для ограничения пускового тока. К контактным кольцам присоединены меднографитовые щетки, которые скользят по ним. Затем от щеток выводятся обычно контакты в клейменную коробку, где пусковой ток регулируется или реостатом, или жидким реостатом путем изменения глубины погружения электродов в электролит.

Как уже сказано, эта мера позволяет ограничить пусковой ток. Современные электродвигатели для уменьшения износа щеток оснащены конструкцией, которая после пуска откидывает щетки и коротко замыкает между собой все обмотки. По остановке двигателя щетки возвращаются на свое место.

Особенности обслуживания привода с фазным ротором

Обслуживание ротора асинхронного двигателя с фазным ротором представляет из себя регулярный осмотр щеток, контактных колец, проверку состояния или уровня жидкости в реостате. Также стоит осмотреть погружаемые электроды. По результатам осмотра ротора асинхронного двигателя с фазным ротором при необходимости щетки подлежат замене, но мастера еще сразу советуют протереть ветошью контактные кольца и полость, где расположены кольца. Так как абразив электропроводен, это создает опасность неправильной работы или даже короткого замыкания.

В случае износа контактных колец их заменяют. Если кольца износились слишком быстро, то это значит то, что щетки используются не из того материала. Также на них могут быть раковины, но их демонтируют, и затем стачивают в несколько проходов, чтобы поверхность, прилегающая к щеткам, была гладкой. Эту работу выполняют на токарном станке для сохранения соосности.

Скорость вращения

Частоту вращения ротора асинхронного двигателя задает количество полюсных пар, ног она не более 3000 при включении непосредственно в нашу сеть. Это обусловлено частотой сети 50 Гц. Именно с такой скоростью вращается магнитный поток в статоре электродвигателя. Ротор за ним чуть запаздывает, собственно поэтому двигатель и асинхронный. Запаздывание обусловлено конструктивно и устанавливается отдельно для каждого двигателя.

При 1 полюсной паре скорость вращения магнитного поля составит 3000 об/мин, при 2 полюсных парах — 1500 об/мин, при 4 — 750 об/мин. При необходимости увеличить или регулировать число оборотов в минуту без внесения значительных изменений, в конструкцию устанавливают частотный преобразователь. На выходе из частотного преобразователя может быть частота и 100, и 200 Гц. Для того, чтобы найти скорость, следует воспользоваться формулой (60*50)/1 =3000, где:

• 1 – количество полюсных пар;

• 60 – константа;

• 50 – частота;

• 3000 – обороты в минуту магнитного поля при данной частоте.

Предположим, что мы можем регулировать частоту некоторого двигателя, и подняли ее до 75 Гц. Воспользуемся формулой, чтобы найти скорость вращения: 1/(60*75) = 4500 оборотов в минуту. Теперь мы разобрали то, что частота вращения ротора асинхронного двигателя не зависит от самого ротора, а зависит от количества полюсных пар.

В заключение хотим сказать, что в бытовом исполнении электрические машины с фазным ротором практически не встречаются. Эти машины предназначены для промышленного использования в местах, где нежелательна просадка напряжения. Также это применимо для огромных машин, пусковой ток которых может быть и в 20 раз больше номинального. Установка таких машин подразумевает экономию ресурсов и средств при монтаже. На скорость вращения не влияет то, какой ротор в асинхронном двигателе: с фазным или короткозамкнутым ротором.