Устройство трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором

Недостатком асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором является большой пусковой ток, который превыша­ет номинальный ток в 5-7 раз.

Желая улучшить пусковые характеристики асинхронно­го двигателя, М. О. Доливо-Добровольский разработал двига­тель с фазным ротором.

Асинхронный двигатель с фазным ротором имеет обыч­ный для асинхронных двигателей статор с трехфазной сете­вой обмоткой, но на поверхности ротора также находится трехфазная обмотка. Три фазные обмотки ротора соединя­ются на самом роторе звездой, а свободные их концы соеди­няются с тремя изолированными друг от друга контактными кольцами, укрепленными на валу машины и изолированны­ми от него (рис. 8.6). Поэтому асинхронный двигатель с фаз­ным ротором называют также асинхронным двигателем с контактными кольцами.

Контактные кольца Рис. 8.6

Рис. 8.7

Контактные кольца соприкасаются со щетками, установ­ленными в неподвижных щеткодержателях. Через кольца и щетки обмотка ротора замыкается на пусковой трехфазный реостат, который изменяет активное сопротивление обмотки ротора в момент пуска. Обмотка статора такого двигателя включается непосредственно в трехфазную сеть (рис. 8.7).

Эта система используется либо для пуска (для уменьше­ния пускового тока при одновременном сохранении враща­ющего момента), либо для регулирования скорости враще­ния ротора двигателя. После разгона ротора пусковой рео­стат выключается, и обмотка закорачивается с помощью спе­циального центробежного автоматического замыкателя. Для уменьшения потерь на трение в некоторых двигателях с фаз­ным ротором имеются приспособления для отвода щеток от контактных колец после их замыкания.

Одним из важнейших достоинств асинхронного двигате­ля с фазным ротором является то, что в момент пуска созда­ется большой вращающий момент при значительно меньших, чем у короткозамкнутых двигателей, пусковых токах. Объяс­няется это тем, что асинхронный двигатель при пуске разви­вает максимальный вращающий момент тогда, когда актив­ное сопротивление ротора будет равно индуктивному сопро­тивлению двигателя. А так как у двигателей с фазным рото­ром активное сопротивление ротора можно изменять с помо­щью пускового реостата, то и пусковые характеристики их значительно лучше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором.

Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором произ­водится следующим образом. Пусковой реостат устанавли­вается на холостую клемму (цепь ротора разомкнута), а на статор подается сетевое напряжение. Затем включается пус­ковой реостат, и его сопротивление постепенно уменьшают и делают равным нулю, когда двигатель приобретет номиналь­ную скорость. Пусковой ток двигателя с фазным ротором превышает номинальный всего в 1,5-2 раза. Кроме того, вклю­чение в цепь ротора пускового реостата значительно увели­чивает вращающий момент.

Сущность процесса регулирования скорости асинхронно­го двигателя с фазным ротором при помощи регулировочно­го реостата сводится к следующему. Ротор двигателя обла­дает определенной инерцией, и поэтому сразу после введения

реостата его скорость и индуцируемая в роторе ЭДС Е₂ в

начальный момент остаются неизменными. Увеличение со­противления пускового реостата в цепи ротора вызывает

уменьшение тока ротора 1₂, что приводит к уменьшению вра­щающего момента (см. формулу (8.3)). Вследствие этого ско­рость вращения ротора п₂ начнет уменьшаться. Уменыпе­ние скорости п₂ аналогично увеличению скольжениям, вслед­ствие чего индуцируемая в роторе ЭДС Е₂, пропорциональ­ная s, также начнет расти, вызывая увеличение тока ротора I₂. Рост тока I₂ и уменьшение скорости вращения ротора п₂

будет продолжаться до тех пор, пока ток I₂ не достигнет сво­его прежнего значения. В этом случае вращающий момент снова станет равным статическому, и двигатель начнет вра­щаться с постоянной скоростью, величина которой будет уже несколько меньше, чем до введения реостата. Регулировка скорости асинхронного двигателя с фазным ротором может осуществляться только в сторону уменьшения оборотов.

22 Пуск трехфазных асинхронных двигате­лей с фазным и короткозамкнутым ротором.

Самым простым способом пуска асинхронных двигателей является прямое включение их в сеть. Однако при этом в момент пуска в цепи двигателя возникает большой пусковой ток, который значительно превышает номинальный. В мало­мощной сети этот ток может вызвать кратковременное пони­жение напряжения, что отражается на работе других потреби­телей энергии, включенных в эту сеть. Поэтому непосредствен­ным включением в сеть запускают только двигатели малой мощности. При запуске двигателя большой мощности необ­ходимо уменьшить пусковой ток. Для уменьшения пускового тока используют ряд способов. Рассмотрим некоторые из них.

Запуск двигателей с фазным ротором

Запуск двигателя с фазным ротором уже был кратко рас­смотрен в разд. 8.5, а применяемая для этого схема включе­ния изображена на рис. 8.7. Двигатели данного типа облада­ют очень хорошими пусковыми характеристиками. Для уменьшения пускового тока обмотка ротора замыкается на пусковой реостат. При включении реостата в цепь обмотки ротора ток в этой обмотке уменьшается, а следовательно, умень­шается и ток в обмотке статора, а также ток, потребляемый двигателем от сети.

Таким образом, при включении актив­ного сопротивления в цепь ротора уменьшается пусковой ток и увеличивается пусковой момент. После достижения рото­ром нормальной скорости реостат полностью выводится, т. е. обмотка ротора замыкается накоротко.

Запуск двигателей с короткозамкнутым ротором

Для уменьшения пускового тока можно на время пони­зить напряжение на зажимах статора, включив для этого

последовательно с его обмоткой трехфазное индуктивное со­противление (рис. 8.9).

Рис. 8.9

При пуске замыкается рубильник Р₁, и к обмоткам ста­тора последовательно подключаются индуктивности. Это зна­чительно уменьшает пусковой ток.

Когда скорость двигателя приближается к номинальной, замыкается рубильник Р₂ — он закорачивает катушки ин­дуктивности, и статор включается на полное напряжение сети. Уменьшение пускового тока, вызванное понижением напря­жения на статоре, вызывает уменьшение пускового момента пропорционального квадрату напряжения на статоре. Напри­мер, при таком пуске уменьшение пускового тока в 2 раза будет сопровождаться уменьшением пускового момента в 4 раза. Для понижения напряжения на статоре вместо ин­дуктивных сопротивлений можно использовать активные со­противления реостатов, но это менее выгодно, так как связа­но с дополнительными потерями энергии в реостатах.

Мощные двигатели часто запускают с помощью автотранс­форматора (рис. 8.10).

Следовательно, понижение напряжения автотрансформатором в к раз уменьшает пусковой ток в сети в к² раз. В то же время пусковой момент, пропорциональный квадрату напря­жения, уменьшается в k² раз. Таким образом, благодаря при­менению автотрансформатора начальный вращающий момент уменьшается пропорционально линейному пусковому току, тогда как при поглощении части напряжения сопротивлени­ем момент уменьшается пропорционально квадрату пуско­вого тока.

 

Понижение напряжения на статоре на время пуска мож­но осуществить также посредством временного переключе­ния обмоток статора, нормально работающих при соедине­нии треугольником, на соединение звездой. При пуске об­мотки статора соединяются звездой, благодаря чему фазное

напряжение уменьшается в корень из 3-х раз. Во столько же раз умень­шается и фазный пусковой ток:

Таким образом, переключение на звезду уменьшает пус­ковой линейный ток в 3 раза:

Практически такое переключение выполняется с помощью простого трехполюсного переключателя (рис. 8. 11),

3~

Рис. 8.11

Этот способ запуска может быть применен для двигателя, обмотки статора которого при питании от сети данного на­пряжения нормально должны быть соединены треугольни­ком.

Общим недостатком способов запуска асинхронных дви­гателей понижением напряжения на статоре и переключе­нием обмоток статора со звезды на треугольник является значительное снижение пускового момента, который пропор­ционален квадрату фазного напряжения. Поэтому все эти способы запуска можно использовать только в тех случаях, когда двигатель запускается не под полной нагрузкой.

Реверсирование — это изменение направления вращения ротора двигателя. Как известно, направление вращения ро­тора зависит от направления вращения магнитного поля ста­тора, поэтому для изменения направления вращения ротора следует изменить последовательность фаз (см. разд. 8.3). На практике это осуществляется путем перемены мест любых двух фаз. Для этого часто используют трехполюсные пере­ключатели (рис. 8.12):