5 Асинхронний двигун з фазним ротором

Недоліком асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором є великий пусковий струм, який перевищує номінальний струм в 5 - 7 разів.

Бажаючи поліпшити пускові характеристики асинхронного двигуна, М. О. Доліво-Добровольський розробив двигун з фазним ротором.

Рисунок 1.56 – Фазний ротор

Асинхронний двигун з фазним ротором має звичайний для асинхронних двигунів статор з трифазною мережевий обмоткою, але на поверхні ротора також знаходиться трифазна обмотка. Трифазні обмотки ротора з'єднуються на самому роторі зіркою, а вільні кінці - з трьома ізольованими одна від одної контактними кільцями, укріпленими на валу машини і ізольованими від нього (рис. 1.56). Тому асинхронний двигун з фазним ротором називають також асинхронним двигуном з контактними кільцями.

Контактні кільця стикаються з щітками, встановленими в нерухомих щеткотримачах. Через кільця і щітки обмотка ротора замикається на пусковий трифазний реостат, який змінює активний опір обмотки ротора в момент пуску. Обмотка статора такого двигуна включається безпосередньо в трифазну мережу (рис. 1.57).

Рисунок 1.57 - Підключення асинхронного двигуна з фазним ротором

Ця система використовується або для пуску (для зменшення пускового струму при одночасному збереженні обертального моменту), або для регулювання швидкості обертання ротора двигуна. Після розгону ротора пусковий реостат вимикається і обмотка закорачивается за допомогою спеціального відцентрового автоматичного замикача. Для зменшення втрат на тертя в деяких двигунах з фазним ротором є пристосування для відведення щіток від контактних кілець після їх замикання.

Пусковий струм двигуна з фазним ротором перевищує номінальний всього в 1,5-2 рази.

6 Робочі характеристики асинхронного двигуна

Робочими характеристиками називають залежності потужності, споживаної двигуном P₁, споживаного струму I, коефіцієнта потужності cosφ₁, швидкості обертання двигуна n₂, ККД η = Р₂/Р₁ і обертового моменту M від корисної потужності двигуна, що віддається на валу P₂. Робочі характеристики визначають основні експлуатаційні властивості асинхронного двигуна.

Робочі характеристики асинхронного двигуна середньої потужності показані на рисунку 1.58.

Рисунок 1.58 - Робочі характеристики асинхронного двигуна

Струм I₁, споживаний двигуном з мережі, нерівномірно змінюється зі збільшенням навантаження на валу двигуна. При холостому ході cosφ₁ малий і струм має велику реактивну складову. При малих навантаженнях на валу двигуна активна складова статора менше реактивної складової, тому активна складова струму незначно впливає на струм I₁, який визначається в основному реактивної складової. При великих навантаженнях активна складова струму статора стає більше реактивної і зміна навантаження викликає велику зміну струму I₁.

Обертальний момент двигуна (М = cФ І2cosφ2) також майже пропорційний навантаженню, але при великих навантаженнях лінійність графіка M = f(P₂) декілька порушується за рахунок зменшення швидкості обертання двигуна.

Робоча характеристика cosφ₁ = f(P₂) це залежність між потужністю, що розвивається двигуном і фазовим зсувом між струмом і напругою статора. Асинхронний двигун, як і трансформатор, споживає з мережі струм I, що значно відстає по фазі від прикладеної напруги. Наприклад, в режимі холостого ходу cosφ₁ <0,2. При збільшенні навантаження на валу двигуна ростуть активні складові струмів ротора і статора, збільшуючи cosφ₁. Максимального значення cosφ₁ досягає при P₂ ≈ Р_2ном.. При подальшому збільшенні P₂ велічіна cosφ₁ буде трохи зменшуватися.

Поведінка робочої характеристики η = f(P₂) пояснюється наступним чином. Величина ККД визначається відношенням корисної потужності P₂ до потужності P₁, споживаної з мережі. Величина

ΔР= Р₂ - Р₁

називається потужністю втрат. Крім втрат в сталі статора і ротора на перемагнічування і вихрові струми P_ст, які разом з механічними втратами P_мех можна вважати постійними, в асинхронному двигуні існують втрати в міді P_м, тобто в обмотках статора і ротора, які пропорційні квадрату струму, що протікає і, отже, залежать від навантаження. При холостому ході, як і в трансформаторі, переважають втрати в сталі, оскільки I₂ ≈ І₀, а I₁ дорівнює струму холостого ходу I₀, який невеликий. При невеликих навантаженнях на валу втрати в міді все ж залишаються невеликими, і тому ККД, який визначається формулою

 =

зі збільшенням P₂ спочатку різко зростає. Коли постійні втрати Р_ст + Р_мех стануть рівні втратам, залежним від навантаження P_м, ККД досягає свого максимального значення. При подальшому збільшенні навантаження змінні втрати потужності P_м значно зростають, в результаті чого ККД помітно зменшується.

Характер залежності P₁ = f(P₂) може бути пояснений з співвідношення P₁ = P₂/ η. Якби ККД був постійний, то між Р₁ і Р₂ була б лінійна залежність. Але оскільки ККД залежить від P₂ і ця залежність спочатку різко зростає, а при подальшому збільшенні навантаження змінюється незначно, то і крива P₁ = f(P₂) спочатку зростає повільно, а потім різко зростає.

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ;

1 Який принцип роботи трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором?

2 Поясніть створення обертового магнітного поля трифазною обмоткою машини змінного струму.

3 Від чого залежить швидкість обертання n₁ обертового магнітного поля?

4 Що таке ковзання асинхронного двигуна?

5 Як проводиться реверсування асинхронного двигуна?

6 Який принцип роботи трифазного асинхронного двигуна з фазним ротором?

7 Як проводиться пуск трифазних асинхронних двигунів з фазним і короткозамкненим ротором?

8 Який принцип роботи однофазного асинхронного двигуна?

9 Опишіть способи пуску однофазних асинхронних двигунів.

ВИКЛАДАЧ – Ковальова Т.І.