Устройство и принцип действия асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Часть асинхронных двигателей выполняется с фазным ротором. Отличие асинхронных двигателей с фазным ротором от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором заключается в том, что в двигателях с фазным ротором ротор имеет собственную обмотку. В двигателях с короткозамкнутым ротором ток в роторе создается вращающимся магнитным полем статора, а в двигатели с фазным ротором этот ток в обмотку ротора необходимо подать. Для этого в двигателе имеется щеточный механизм с контактными кольцами и щетками. Наличие щеточного механизма усложняет конструкцию двигателя, для пуска такого двигателя необходимы пусковые сопротивления ограничивающие ток в момент пуска, однако такой двигатель имеет преимущества перед двигателем с короткозамкнутым ротором: двигатель с фазным ротором имеет хорошие пусковые свойства (пусковой момент равен 0,7 -0,8 от номинального) и частоту вращения такого двигателя можно регулировать вводя в цепь ротора добавочные сопротивления.

Внешний вид электродвигателя с фазным ротором

Корпус

Статор

Ротор

Контактные кольца

Щеточный механизм

Регулирование частоты вращения асинхронных машин осуществляется введением в цепь ротора реостата, изменением количества полюсов обмотки статора, изменением частоты тока в статоре.

1. Введение реостата в цепь ротора эффективный и дешевый способ, но неэкономичный т.к в реостате происходит значительная потеря энергии.

2. Изменение количества полюсов трудоемкий процесс требующий внесения изменения в конструкцию двигателя и позволяет менять скорость вращения только ступенчато.

3. Изменения частоты питающего напряжения производится с помощью полупроводниковых частотных преобразователей. Позволяет плавно менять частоту вращения двигателей в широких пределах с сохранением жестких механических характеристик двигателя.

Основным достоинством синхронных двигателей является их высокий коэффициент мощности cosф.
Синхронный двигатель, у которого коэффициент мощности больше 1, потребляющий опережающий ток из сети, компенсирует реактивную мощность других индуктивных приемников энергии, включенных в эту сеть. Магнитное поле в машине создается постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения. Обмотки возбуждения получают питание из сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители. Роторы выполняют с полюсами равномерно расположенными по окружности ротора. Полюс состоит из сердечника, полюсного наконечника и обмотки возбуждения, помещенный на сердечнике полюса. При вращении поле статора увлекает за собой полюса ротора, так что магнитные поля статора и ротора вращаются синхронно.
Пуск в ход синхронного двигателя непосредственным включением его в сеть невозможен, так как результирующий вращающий момент за один оборот поля статора относительно неподвижного ротора равен нулю. Поэтому для пуска в ход двигателя необходимо предварительно увеличить число оборотов ротора до синхронной скорости или близкой к ней, это достигается путем асинхронного пуска. Асинхронный пуск синхронного двигателя заключается в следующем. В полюсах наконечника ротора синхронного двигателя укладывается пусковая обмотка, выполненная в виде беличьего колеса, подобно короткозамкнутой обмотке ротора асинхронной машины. Обмотка статора двигателя включается в трехфазную сеть и пуск его производится так же, как пуск асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. После того, как двигатель разовьет скорость, близкую к синхронной (95%), обмотка возбуждения включается в сеть постоянного тока и двигатель входит в синхронизм, то есть скорость ротора увеличивается до синхронной.
При пуске в ход двигателя обмотка возбуждения замыкается на сопротивление примерно в 10-12 раз больше, чем сопротивление самой обмотки. Нельзя обмотку возбуждения при пуске в ход оставить разомкнутой или замкнуть накоротко. Если при пуске в ход обмотка возбуждения окажется разомкнутой, то в ней будет индуктироваться очень большая ЭДС, опасная как для изоляции обмотки, так и для обслуживающего персонала. Повышение ЭДС объясняется тем, что при пуске в ход поле статора вращается с большой скоростью относительно неподвижного ротора и с такой же скоростью пересекает проводники обмотки возбуждения, имеющей много витков. Основным недостатком синхронных двигателей является потребность в отдельном источнике постоянного тока для питания обмотки возбуждения.