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 свою очередь щетки имеют выходы в коробку корпуса, что позволят подключать внешнее дополнительное сопротивление.

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.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Фазный ротор

Асинхронный двигатель с фазным ротором – это двигатель, который можно регулировать с помощью добавления в цепь ротора добавочных сопротивлений. Обычно такие двигатели применяются при пуске с нагрузкой на валу, так как увеличение сопротивления в цепи ротора, позволяет повысить пусковой момент и уменьшить пусковые токи. Этим асинхронный двигатель с фазным ротором выгодно отличается от АД с короткозамкнутым ротором.

Статор (3) выполнен, так же как и в обычном асинхронном двигателе, он представляет из себя полый цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в который уложена трехфазная обмотка.

Ротор (4) по сравнению с короткозамкнутым, представляет из себя более сложную конструкцию. Он состоит из сердечника в который уложена трехфазная обмотка, аналогично обмотке статора. Отсюда название двигателя. Если двигатель двухполюсный, то обмотки ротора смещены геометрически друг относительно друга на 120. Эти обмотки соединяются с тремя контактными кольцами (2), расположенными на валу (5) ротора. Контактные кольца выполнены из латуни или стали, причем друг от друга они изолированы. С помощью нескольких металлографитовых щеток (обычно двух), которые расположены на щеткодержателе (1) и прижимаются пружинами к кольцам, в цепь вводятся добавочные сопротивления. Выводы обмоток соединяются по схеме «звезда».

Добавочное сопротивление вводится только при пуске двигателя. Причем им обычно служит ступенчатый реостат, сопротивление которого уменьшают с увеличением оборотов двигателя. Таким образом пуск двигателя осуществляется тоже ступенчато. После того, как разгон закончился и двигатель вышел на естественную механическую характеристику, обмотку ротора закорачивают. Для того, чтобы сохранить щетки и снизить потери на них, в двигателях с фазным ротором существует специальное устройство, которое поднимает щетки и замыкает кольца. Таким образом, удается повысить еще и КПД двигателя.

Добавочное сопротивление позволяет главным образом осуществить пуск двигателя под нагрузкой, работать с ним длительное время двигатель не может, так как механические характеристики слишком мягкие и работа двигателя на них нестабильна.

Для того чтобы автоматизировать пуск двигателя, в обмотку ротора включают индуктивность. В момент пуска, частота тока в роторе наибольшая, а значит и индуктивное сопротивление максимально. Затем, при разгоне двигателя, частота, как и сопротивление уменьшаются, и двигатель постепенно начинает работать в обычном режиме.

За счет усложнения своей конструкции, асинхронный двигатель с фазным ротором, обладает хорошими пусковыми и регулировочными характеристиками. Но по той же причине, его стоимость возрастает приблизительно в 1.5 по сравнению с обычным АД, кроме того увеличивается масса, размеры и как правило, уменьшается надежность двигателя.

Разница между асинхронным двигателем с контактным кольцом и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и сравнительная таблица

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее популярным типом двигателя переменного тока. Он очень широко используется в промышленности, потому что он очень дешевый, прочный, эффективный и надежный. Двигатель с контактными кольцами имеет очень мало применений в промышленности. Редко двигатели с контактными кольцами 5–10% используются в промышленности, потому что они имеют несколько недостатков, таких как необходимость частого обслуживания, большие потери в меди и т. д.

Одно из основных различий между двигателем с контактным кольцом и двигателем с короткозамкнутым ротором заключается в том, что двигатель с контактным кольцом имеет цепь внешнего сопротивления для управления скоростью двигателя. В то время как в двигателе с короткозамкнутым ротором невозможно добавить какую-либо внешнюю цепь, потому что стержень двигателя постоянно имеет прорези на конце кольца. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.

Сравнительная таблица: токосъемное кольцо и двигатель с короткозамкнутым ротором

• Сравнительная таблица
• Определение
• Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основание для сравнения	Двигатель с контактным кольцом	Двигатель с короткозамкнутым ротором
Определение	Ротор двигателя представляет собой контактное кольцо.	Ротор двигателя представляет собой короткозамкнутый ротор.
Ротор	Цилиндрический многослойный сердечник с параллельными пазами, каждый паз состоит из одного стержня.	Пазы ротора не параллельны, а перекошены.
Другое наименование	Ротор с фазовой обмоткой	Двигатель с короткозамкнутым ротором
Конструкция	Сложный	Простой
Сопротивление	Добавлено внешнее по отношению к ротору	Стержень ротора постоянно закорочен на конце кольца, поэтому невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление.
Стартер	Можно использовать пускатель сопротивления ротора.	Стартер сопротивления ротора использовать нельзя.
Пусковой момент	Высокий	Низкий
Щетки	Присутствует	Отсутствует
Техническое обслуживание	Требуется частое обслуживание	Требуется меньше обслуживания
Потери в меди	Высокая	Низкая
Эффективность	Низкий	Высокий
Управление скоростью	Возможно	Не возможно
Коэффициент мощности	Низкий	Высокий
Стоимость	Дорого	Дешево
Пусковой ток	Низкий	Высокий
Использование	Использование в подъемниках, кранах, лифтах, где требуется высокий крутящий момент.	Использование в токарных станках, вентиляторах, воздуходувках, прибыльных машинах и т. д.

Определение двигателя с фазным ротором

Двигатель с фазным ротором известен как асинхронный двигатель с контактным кольцом или двигатель с фазной обмоткой. Он состоит из пластинчатого цилиндрического сердечника с полузамкнутым пазом по внешней периферии и несущей трехфазную изолированную обмотку. Ротор намотан для того же числа полюсов, что и статор.

Три конечных вывода соединены в виде звезды, а три начальных вывода подключены к трем медным токосъемным кольцам, закрепленным на валу. Вал из мягкой стали проходит через центр ротора и крепится к шпонке. Назначение вала — передавать механическую энергию.

Определение двигателя с короткозамкнутым ротором

Двигатель с короткозамкнутым ротором известен как двигатель с короткозамкнутым ротором. Конструкция ротора прочная и простая. Ротор двигателя состоит из цилиндрического многослойного сердечника с полузакрытыми круглыми пазами и короткозамкнутыми на каждом конце медными или алюминиевыми кольцами, называемыми короткозамыкающими кольцами. Невозможно добавить какое-либо внешнее сопротивление в ротор цепи.

Пазы ротора не параллельны, а скошены. Перекос ротора имеет следующие преимущества.

1. Уменьшает гудение и тем самым обеспечивает тихую работу двигателя.
2. Наклонный ротор дает плавные кривые крутящего момента для различных положений ротора.
3. Уменьшает магнитную блокировку статора и ротора.
4. Увеличивает сопротивление ротора за счет увеличения длины проводников стержня ротора.

Основные различия между асинхронным двигателем с контактным кольцом и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором

1. Двигатель с ротором с обмоткой такого типа называется асинхронным двигателем с контактным кольцом, тогда как двигатель с короткозамкнутым ротором имеет ротор с короткозамкнутым ротором.
2. Ротор двигателя с контактными кольцами имеет цилиндрический сердечник с параллельными пазами, и каждый паз состоит из каждого стержня. Прорези двигателя с короткозамкнутым ротором не параллельны друг другу.
3. Двигатель с контактными кольцами также называется ротором с фазовой обмоткой. Другое название двигателя с короткозамкнутым ротором — двигатель с короткозамкнутым ротором.
4. Конструкция двигателя с контактными кольцами сложна, поскольку состоит из контактного кольца и щеток, тогда как конструкция двигателя с короткозамкнутым ротором проста.
5. Двигатель с фазной обмоткой состоит из цепи внешнего сопротивления, тогда как в двигателе с короткозамкнутым ротором невозможно добавить какую-либо цепь внешнего сопротивления, поскольку стержни ротора имеют постоянные прорези.
6. Для пуска двигателя с контактными кольцами используется пускатель сопротивления ротора, тогда как для двигателя с контактными кольцами пускатель не требуется.
7. Пусковой момент двигателя с контактными кольцами высокий, тогда как у двигателя с короткозамкнутым ротором он низкий.
8. Стоимость обслуживания двигателя с контактными кольцами выше по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором, поскольку двигатель с контактными кольцами состоит из щеток и колец.
9. В двигателе с контактным кольцом потери в меди больше, чем в двигателе с короткозамкнутым ротором.
10. Двигатель с контактным кольцом имеет щетки для передачи мощности, тогда как двигатель с короткозамкнутым ротором является бесщеточным.
11. Потери в меди в двигателе с фазной обмоткой выше, чем в двигателе с короткозамкнутым ротором.
12. КПД двигателя с контактным кольцом низкий, тогда как у двигателя с короткозамкнутым ротором высокий КПД.
13. Скорость двигателя с фазной обмоткой регулируется с помощью цепи сопротивления. Невозможно контролировать скорость двигателя с короткозамкнутым ротором.
14. Двигатель с контактным кольцом имеет низкий коэффициент мощности по сравнению с двигателем с короткозамкнутым ротором.
15. Стоимость ротора с фазовой обмоткой высока, поскольку он состоит из щеток. Двигатель с короткозамкнутым ротором дешевый.
16. Пусковой ток ротора с фазной обмоткой низкий, поскольку он управляется цепью сопротивления, в то время как у двигателя с короткозамкнутым ротором он высокий.
17. Двигатель с фазной обмоткой в ​​основном используется в местах, где требуется высокий пусковой крутящий момент, например, в подъемниках, кранах и т. д. Двигатель с короткозамкнутым ротором используется в сверлильных станках, токарных станках и т. д.,

Перегрузочная способность двигателя с контактным кольцом выше, чем у двигателя с короткозамкнутым ротором, и он плавно работает при больших нагрузках. Он менее чувствителен, а также не имеет аномального нагрева при запуске.

22 Разница между асинхронным двигателем с беличьей клеткой и контактным кольцом (обмотка)

5 февраля 2021 г. от Dipali Chaudhari

Ротор является основной фундаментальной частью электродвигателя, генерирующего вращающееся поле. Для генерации электромагнитного поля ротор выполнен в виде ротора с короткозамкнутым ротором или ротора с контактными кольцами.

В зависимости от типа ротора, который используется в трехфазном асинхронном двигателе, трехфазный асинхронный двигатель подразделяется на два типа.

1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором
2. Асинхронный двигатель с контактным кольцом (обмотка)

Эти два асинхронных двигателя используются в различных функциях в зависимости от их характерных особенностей.

Давайте посмотрим, в чем разница между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и асинхронным двигателем с контактными кольцами, учитывая основные характеристики.

Клетка для белки против скользящего кольца (рана) Индукционный двигатель в табличной форме

#	Содержание	Squirrel-Cage-Cage Мотовой мотор	Squirrel-Cage-Cage Motor-Motor	Мотовой мотоцик 01	Конструкция двигателя с короткозамкнутым ротором и контактным кольцом	Конструкция ротора с короткозамкнутым ротором очень проста по сравнению с ротором двигателя с контактным кольцом.	Конструкция короткозамкнутого ротора сложна из-за соединенных контактных колец и втулок.
02	Называется как	Иногда двигатель с короткозамкнутым ротором называют Двигатель с короткозамкнутым ротором .	Двигатель с контактным кольцом называется Двигатель с обмоткой .
03	Внутреннее соединение ротора и статора	Во внутреннем соединении короткозамкнутого двигателя обмотка ротора аналогична обмотке статора.	При внутреннем соединении двигателя с контактными кольцами ротор состоит из стержней ротора, которые неразъемно соединены и закорочены с помощью концевого кольца.
04	Витки обмотки	В роторе двигателя с короткозамкнутым ротором меньше витков обмотки, чем в роторе с обмоткой.	Ротор двигателя с контактными кольцами имеет больше витков обмотки, чем ротор с короткозамкнутым ротором.
05	Контактные кольца и щетки двигателя с короткозамкнутым ротором и токосъемным кольцом.	В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором щетки и контактные кольца не требуются.	В асинхронном двигателе с контактными кольцами требуются или имеются щетки и контактные кольца.
06	Обслуживание	Требует минимального обслуживания.	Требует большего ухода из-за дополнительных щеток.
07	Внешнее Сопротивление	Нам не нужно добавлять внешнее сопротивление, так как стержни ротора в этом двигателе постоянно закорочены.	Мы можем легко добавить внешнее сопротивление ротора с помощью щеток и контактных колец.
08	Скорость двигателя с клеткой и обмоткой	Скорость ротора с клеткой изменяется путем изменения числа полюсов статора.	Скорость витого ротора изменяется за счет изменения скольжения двигателя.
09	Управление скоростью	Скорость нельзя контролировать или регулировать методом сопротивления ротора.	Скорость можно легко контролировать или регулировать методом сопротивления ротора.
10	Пусковой крутящий момент	Пусковой крутящий момент асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором минимален.	Максимальный пусковой момент асинхронного двигателя с контактными кольцами.
11	Пусковой Ток	Обеспечивает высокий пусковой ток.	Обеспечивает низкий пусковой ток.
12	Стоимость	Дешевле заводного мотора.	Это намного дороже, чем двигатель с короткозамкнутым ротором.
13	КПД обоих двигателей	Этот двигатель обеспечивает большую эффективность.	Этот двигатель менее эффективен.
14	Потери в меди в двигателе с короткозамкнутым ротором и двигателе с обмоткой	Меньшие потери в меди происходят в двигателе с короткозамкнутым ротором.	Потери в меди в двигателе с контактными кольцами больше.
15	Коэффициент мощности	Невозможно улучшить коэффициент мощности.	Может улучшить коэффициент мощности.
16	Стартер	В трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором пускатель сопротивления ротора не используется.	В трехфазном асинхронном двигателе с контактными кольцами используется пускатель сопротивления ротора.
17	Управление крутящим моментом	Когда требуется низкий пусковой крутящий момент, используется двигатель с короткозамкнутым ротором.	Когда требуется высокий пусковой момент, используется двигатель с контактными кольцами.
18	Система охлаждения	В этом типе двигателя возможно лучшее охлаждение благодаря большему пространству в пазах ротора.	В этом типе двигателя возможно плохое охлаждение.
19	Промышленное использование	В промышленности двигатель с короткозамкнутым ротором широко (приблизительно 90%) используется.	В промышленности редко используются контактные кольца или двигатели с обмоткой.
20	Пример	В лифтах, кранах, лебедках, асинхронных двигателях используется асинхронный двигатель.	В вентиляторах, воздуходувках, печатных машинах, сверлильных станках, конвейерах, токарных станках используется асинхронный двигатель с контактными кольцами.
21	Привод скорости	Для двигателя с короткозамкнутым ротором не требуется привод с плавной регулировкой скорости.	Для двигателя с контактными кольцами требуется привод с плавной регулировкой скорости.

22. Метод запуска двигателя с короткозамкнутым ротором и двигателя с обмоткой

В основном для запуска двигателя с короткозамкнутым ротором широко используются следующие четыре метода.

• Метод пуска с автотрансформатора
• Пуск по схеме «звезда-треугольник»
• Метод пуска от сети
• Метод пуска с сопротивлением статора

Следующие четыре метода доступны для запуска двигателя с контактным кольцом или обмоткой.

• Метод пуска с сопротивлением статора
• Метод пуска с сопротивлением ротора
• Метод пуска с автотрансформатора
• Метод пуска от сети

Подробно об этих методах мы поговорим в следующей статье.

Это все о разнице между асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и асинхронным двигателем с контактными кольцами.