Электроника:Переменный ток/Двигатели переменного тока/Асинхронные двигатели с фазным ротором

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Асинхронные двигатели с фазным ротором[1]

Статор у асинхронного двигателя с фазным ротором такой же, как и в асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором, а изолированные обмотки ротора выведены с помощью контактных колец и щёток.

Однако на эти контактные кольца не подаётся питание. Их единственное назначение – обеспечить пусковое сопротивление последовательно с обмотками ротора при запуске. Это сопротивление закорачивается при запуске двигателя, благодаря чему фазный ротор электрически эквивалентен короткозамкнутому ротору.

Рис. 1. Асинхронный двигатель с фазным ротором.

Вопрос: Зачем подключать сопротивление последовательно с ротором?

Ответ: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором потребляют от 500% до более чем 1000% тока полной нагрузки (ТПН) во время запуска. Хотя это не является серьёзной проблемой для небольших моторов, это проблема для больших (10 кВт) двигателей.

Последовательное включение сопротивления с обмотками ротора не только снижает пусковой ток, ток торможения ротора (ТТР), но также увеличивает пусковой момент, крутящий момент торможения ротора (КМТР). На рисунке ниже показано, что при увеличении сопротивления ротора от R0 через R1 до R2 пик крутящего момента при пробое смещается влево до нулевой скорости.

Обратите внимание, что этот пик крутящего момента намного выше, чем пусковой крутящий момент, доступный без сопротивления ротора (R0). Скольжение пропорционально сопротивлению ротора, а предельный перегрузочный крутящий момент (он же крутящий момент полной нагрузки) пропорционален скольжению. Таким образом, при запуске создаётся высокий крутящий момент.

Рис. 2. Пик максимального крутящего момента сдвигается к нулевой скорости за счёт увеличения сопротивления ротора.

Сопротивление снижает крутящий момент, доступный при полной скорости вращения. Но это сопротивление закорачивается к моменту запуска ротора. Закороченный ротор работает как короткозамкнутый ротор. Тепло, выделяемое при запуске, в основном рассеивается за пределы двигателя при пусковом сопротивлении.

Сложность и техническое обслуживание, связанное с щётками и контактными кольцами, является недостатком ротора с фазной обмоткой по сравнению с простым короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель подходит для запуска высокоинерционных нагрузок. Высокое пусковое сопротивление обеспечивает высокий предельный перегрузочный крутящий момент при нулевой скорости. Для сравнения, короткозамкнутый ротор демонстрирует предельный перегрузочный (пиковый) крутящий момент только при 80% от его синхронной скорости.

Контроль скорости

Скорость двигателя можно изменять, возвращая переменное сопротивление в цепь ротора. Это снижает ток и скорость ротора. Высокий пусковой крутящий момент, доступный при нулевой скорости, а также предельный перегрузочный крутящий момент при пониженной передаче недоступен на высокой скорости.

См. кривую R2 при 90% Ns на рисунке ниже. Резисторы R0, R1, R2, R3 увеличиваются в значении, начиная с нуля.

Более высокое сопротивление при R3 ещё больше снижает скорость. Регулировка скорости плоха по отношению к изменяющимся нагрузкам крутящего момента. Этот метод управления скоростью полезен только в диапазоне от 50% до 100% от полной скорости.

Контроль скорости хорошо работает с нагрузками при переменной скорости, такими как лифты и печатные машины.

Рис. 3. Сопротивление ротора контролирует скорость асинхронного двигателя с фазным ротором.

Индукционный генератор двойного питания

Выше по тексту мы описали асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, действующий как генератор, если его скорость превышает синхронную (см. генератор переменного тока с асинхронным двигателем). Это индукционный генератор с одинарным питанием, имеющий электрические соединения только с обмотками статора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором может также действовать как генератор при превышении синхронной скорости. Поскольку есть соединения как со статором, так и с ротором, такая машина известна как индукционный генератор двойного питания (ИГДП).

Рис. 4. Сопротивление ротора допускает превышение скорости асинхронного генератора двойного питания.

Индукционный генератор с одинарным питанием имеет полезный диапазон скольжения только 1%, когда он с затруднением приводится в движение крутящим моментом воздушного потока. Поскольку скорость асинхронного двигателя с фазным ротором можно регулировать в диапазоне 50-100% путём добавления сопротивления в ротор, мы можем ожидать того же от асинхронного генератора двойного питания.

Мы можем не только замедлить ротор на 50%, но и увеличить на 50%. То есть можно менять скорость асинхронного генератора с двойным питанием на ±50% от синхронной скорости. На практике более практично ±30%.

Если генератор превышает скорость, сопротивление, помещённое в цепь ротора, будет поглощать избыточную энергию, в то время как статор подаёт постоянные 60 Гц на линию электропередачи (рисунок выше). В случае пониженной скорости отрицательное сопротивление, вставленное в цепь ротора, может восполнить дефицит энергии, по-прежнему позволяя статору питать линию электропередачи мощностью 60 Гц.

Рис. 5. Преобразователь извлекает энергию из ротора индукционного генератора двойного питания.

На практике сопротивление ротора может быть заменено преобразователем, поглощающим мощность от ротора и подающим мощность в линию питания вместо её рассеивания. Это повышает эффективность генератора.

Рис. 6. Преобразователь заимствует энергию из линии питания для ротора индукционного генератора двойного питания, что позволяет ему хорошо работать при синхронной скорости.

Преобразователь «одалживает» мощность из линии для ротора с пониженной скоростью, который передаёт ее на статор. Заимствованная мощность вместе с большей энергией вала передаётся на статор, подключенный к линии электропередачи.

Выглядит так, как будто статор подаёт на линию 130% мощности. Однако имейте в виду, что ротор «занимает» 30%, теоретически оставляя линию со 100% для индукционного генератора двойного питания без потерь.

Характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором

  • Превосходный пусковой момент для высокоинерционных нагрузок.
  • Низкий пусковой ток по сравнению с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
  • Скорость – это переменная сопротивления от 50% до 100% от полной скорости.
  • Требуется более тщательное обслуживание щёток и контактных колец по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором.
  • Генераторная версия машины с фазным ротором известна как индукционный генератор двойного питания, это устройство с регулируемой скоростью.

См.также

Внешние ссылки