Асинхронний двигун з фазним ротором

Надійність електродвигуна це одне з найважливіших якостей його. Зазвичай вона пов`язана з простотою конструкції. Чим простіше конструкція, тим надійніше движок. Ця залежність підтверджується асинхронними електродвигунами. Вони набули найширшого розповсюдження з усіх електродвигунів саме через простоти пристрою і надійності. У них реалізований найпростіший спосіб отримання крутного моменту на валу двигуна. Максимум магнітного поля статора переміщається навколо вала, викликаючи його реакцію.

Причини появи фазного ротора в асинхронному двигуні

Реакція ротора викликана струмом, який виникає в ньому. Адже за своєю суттю статор є первинною обмоткою трансформатора. А ротор - його вторинна обмотка. При нерухомому роторі величина струму в ньому максимальна. Це пояснюється тим, що швидкість переміщення максимуму магнітного поля статора щодо вала виходить максимальної. Такий режим асинхронного движка аналогічний включенню трансформатора з вторинною обмоткою замкнутої накоротко.

А оскільки обмотки взаємопов`язані магнитопроводом, який в асинхронному двигуні розділений на залізо обертається його і сердечник статора, в обмотці статора теж виходить максимум величини струму. Якщо потужність електромережі недостатня для того, щоб під час пуску асинхронних двигунів підтримати напругу в межах необхідного значення, застосовуються заходи по зменшенню пускового струму цих двигунів. Це робиться або за допомогою спеціальних схем, які дозволяють регулювати струми в обмотках статора, або використанням асинхронних двигунів спеціальної конструкції - з фазним ротором.

Як влаштований фазний ротор?

Фазний ротор містить обмотки у вигляді котушок з витками. Ці котушки з`єднані за схемою «зірка». Кінець кожної обмотки з`єднаний з ответствующим кільцем. При подачі напруги на статор на кожному кільці з`являється напруга. У змінному контакті з кільцем знаходиться щітка, яка дає можливість підключення зовнішніх елементів. Ці елементи є частиною схеми управління. Вона виходить більш простий, в порівнянні з тими схемами, якими движок управляється з боку статора. Найчастіше схема управління містить набір резисторів.

Вони підключаються в міру розгону вала. Хоча такий спосіб управління пуском асинхронного двигуна не найекономічніший, він найбільш часто застосовується на практиці в силу своєї простоти і мінімуму комутаційних перешкод. Обмеження струму ротора це не тільки можливість плавного запуску двигуна, а й обмеження швидкості обертання валу. Але тоді більш раціональним рішенням буде використання индуктивностей замість резисторів. Ілюстрації, що показують особливості конструкції асинхронного движка з фазним ротором показані далі.

При автоматичному управлінні найкраще застосовувати реле або напівпровідникові комутатори, які паралельно стартовому резистору підключають нові резистори, поступово зменшуючи їх сумарний опір до нуля з шунтуванням всіх резисторів останнім комутатором або контактами реле. Для найбільш плавного пуску необхідно використовувати реостат 1, який на схемі зліва включений в електричному ланцюзі ротора і своїми повзунками 5 з`єднаний з кільцями 2 через клеми щіток 3. Двигун починає працювати після замикання контактів рубильника 4. При цьому повзунки реостата повинні бути встановлені в положення « Пуск ».

У цьому положенні опорі реостата максимально. Вал движка починає обертатися. Пересування держака буде приводити до розгону вала до максимальної швидкості, яка з`явиться при нульовому значенні опорі реостата. Однак є ще один наслідок такої регулювання двигуна з фазним ротором. Змінюється зв`язок крутного моменту і ковзання. Цей ефект показаний на графіку нижче. При певній величині опору в ланцюзі ротора максимум крутного моменту зміщується в бік більш високих обертів движка, як на кривій 2. Крива 1 відповідає нульовому значенню опору в ланцюзі фазного ротора.

При нульовому опорі кільця, по суті, замкнуті накоротко. Щітки та кільця через тертя зношуються. А оскільки після завершення розгону вала цей вузол фактично не використовується його доцільно виключити з процесу роботи. З цієї причини в асинхронних двигунах з фазним ротором передбачений спеціальний механізм. Він відсуває щітки від кілець і одночасно замикає останні накоротко. В результаті кільця і щітки працюють набагато довше в порівнянні з тим варіантом, який передбачає їх безперервний контакт.

Простота і надійність асинхронних двигунів заснована на конструкції ротора. Але саме ця обставина і створює проблеми з їх експлуатацією. Великі пускові струми в деяких випадках неприйнятні настільки, що виправдовується більш складна і дорога намотувальна конструкція ротора з кільцями і щітками. Тоді і застосовуються асинхронні двигуни з фазним ротором. Але більш складна конструкція і ціна їх в порівнянні з асинхронними двигунами з короткозамкненим ротором виправдовується також і тим, що вони дозволяють отримати величину крутного моменту в робочому режимі при менших габаритах і масі. Тому ці особливості роблять асинхронні двигуни з фазним ротором в ряді випадків найбільш переважними.