Войти
Ротор с короткозамкнутым ротором A ротор с короткозамкнутым ротором - это вращающаяся часть обычного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором . Он представляет собой цилиндр из стальных пластин с алюминиевыми или медными проводниками, встроенными в его поверхность. В процессе работы невращающаяся обмотка статора подключена к источнику питания переменного тока ; переменный ток в статоре создает вращающееся магнитное поле. Обмотка ротора имеет ток, индуцируемый полем статора, как в трансформаторе , за исключением того, что ток в роторе изменяется со скоростью вращения поля статора за вычетом скорости физического вращения. Взаимодействие магнитных полей токов в статоре и роторе создает крутящий момент на роторе.
Регулируя форму стержней в роторе, характеристики скорости-момента двигателя могут быть изменены, например, для минимизации пускового тока или для максимизации крутящего момента на низкой скорости.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором очень распространены в промышленности и имеют мощность от менее 1 киловатта (1,3 л.с.) до десятков мегаватт (десятки тысяч лошадиных сил). Они просты, прочны и самозапускаются, и поддерживают достаточно постоянную скорость от малой до полной нагрузки, задаваемую частотой источника питания и количеством полюсов обмотки статора. В промышленности обычно используются двигатели стандартных размеров IEC или NEMA, которые взаимозаменяемы между производителями. Это упрощает применение и замену этих двигателей.
Галилео Феррарис описал индукционную машину с двухфазной обмоткой статора и сплошным медным цилиндрическим якорем в 1885 году. В 1888 году Никола Тесла получил патент на двухфазную обмотку. фазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой медной обмоткой ротора и двухфазной обмоткой статора. Разработки этой конструкции приобрели коммерческое значение. В 1889 г. Михаил Доливо-Добровольский разработал асинхронный двигатель с фазным ротором, а вскоре и обмотку ротора клеточного типа. К концу 19 века асинхронные двигатели стали широко применяться в растущих системах распределения электроэнергии переменного тока.
Схема короткозамкнутого ротора (показаны только три пластинки) Ротор двигателя Форма представляет собой цилиндр, установленный на валу. Внутри он содержит продольные токопроводящие шины (обычно из алюминия или меди), вставленные в канавки и соединенные на обоих концах посредством закорачивающих колец, образующих форму клетки. Название происходит от сходства между этой обмоткой из колец и стержней и беличьей клеткой.
. Твердый сердечник ротора состоит из пакетов листов электротехнической стали. На Рисунке 3 показана одна из многих использованных пластин. Ротор имеет большее количество пазов, чем статор, и должен быть кратным количеству пазов статора, чтобы предотвратить магнитную блокировку зубцов ротора и статора в момент запуска.
Стержни ротора могут быть изготовлены из меди или алюминия. В очень распространенной конструкции для двигателей меньшего размера используется литой под давлением алюминий, залитый в ротор после того, как слои сложены в стопку. У более крупных двигателей есть алюминиевые или медные шины, которые приварены или припаяны к концевым кольцам. Так как напряжение, развиваемое в обмотке короткозамкнутого ротора, очень низкое, а ток очень высокий, между стержнями и сталью ротора нет преднамеренного изоляционного слоя.
Статор и пластинки ротора Обмотки возбуждения в статоре асинхронного двигателя создают вращающееся магнитное поле через ротор. Относительное движение между этим полем и ротором индуцирует электрический ток в проводящих стержнях. В свою очередь, эти продольные токи в проводниках взаимодействуют с магнитным полем двигателя, создавая силу, действующую при касательной ортогональной к ротору, в результате чего крутящий момент, чтобы повернуть вал. Фактически ротор вращается с помощью магнитного поля, но с немного меньшей скоростью вращения. Разница в скорости называется скольжением и увеличивается с нагрузкой.
Проводники часто слегка перекошены по длине ротора, чтобы уменьшить шум и сгладить колебания крутящего момента, которые могут возникнуть на некоторых скоростях из-за взаимодействия с полюсными наконечниками статора, гарантируя, что в любой момент одинаковая часть стержня ротора находится под каждым пазом статора. (если этого не сделать, в двигателе произойдет падение, а затем восстановление крутящего момента, когда каждый стержень пройдет зазор в статоре) Количество стержней на короткозамкнутой клетке определяет, в какой степени индуцированные токи возвращаются в катушки статора и отсюда и ток через них. В конструкциях с наименьшей обратной связью используется простое количество столбцов.
Железный сердечник служит для переноса магнитного поля через проводники ротора. Поскольку магнитное поле в роторе меняется со временем, сердечник использует конструкцию, аналогичную сердечнику трансформатора, для уменьшения потерь энергии в сердечнике. Он состоит из тонких пластин, разделенных лаковой изоляцией, для уменьшения вихревых токов, циркулирующих в сердечнике. Материал представляет собой низкоуглеродистое, но с высоким содержанием кремния железо с удельным сопротивлением в несколько раз выше, чем у чистого железа, что дополнительно снижает потери на вихревые токи, и низкой коэрцитивной силой для уменьшения потеря гистерезиса.
Одна и та же базовая конструкция используется как для однофазных, так и для трехфазных двигателей в широком диапазоне размеров. Роторы для трехфазных двигателей будут иметь различную глубину и форму стержней в соответствии с классификацией конструкции. Как правило, толстые стержни обладают хорошим крутящим моментом и эффективны при низком скольжении, поскольку они обладают меньшим сопротивлением ЭДС. По мере увеличения скольжения скин-эффект начинает уменьшать эффективную глубину и увеличивает сопротивление, что приводит к снижению эффективности, но по-прежнему поддерживает крутящий момент.
Форма и глубина стержней ротора могут использоваться для изменения характеристик скорости-момента асинхронного двигателя. В состоянии покоя вращающееся магнитное поле проходит через стержни ротора с высокой скоростью, индуцируя ток линейной частоты в стержнях ротора. Из-за скин-эффекта индуцированный ток имеет тенденцию течь по внешнему краю обмотки. По мере ускорения двигателя частота скольжения уменьшается, и индуцированный ток течет на большей глубине обмотки. За счет сужения профиля стержней ротора для изменения их сопротивления на разной глубине или путем создания двойной короткозамкнутой обоймы с комбинацией ротора с высоким и низким импедансом параллельно, двигатель может быть расположен так, чтобы обеспечивать больший или меньший крутящий момент в состоянии покоя и около его синхронная скорость.
Чтобы продемонстрировать, как работает ротор с сепаратором, можно использовать статор однофазного двигателя и медную трубу (в качестве ротора). Если к статору подается соответствующая мощность переменного тока, внутри статора будет вращаться переменное магнитное поле. Если медная труба вставлена внутрь статора, в трубе будет индуцированный ток, и этот ток создаст собственное магнитное поле в трубе. Взаимодействие между вращающимся магнитным полем статора и индуцированным магнитным полем медной трубы-ротора создает крутящий момент и, следовательно, вращение.
A синхронный двигатель может иметь короткозамкнутую обмотку, встроенную в его ротор, которая используется для увеличения пускового момента двигателя и, таким образом, уменьшения времени для разгона до синхронной скорости. Обмотка с короткозамкнутым ротором синхронной машины обычно меньше, чем у асинхронной машины аналогичного номинала. Когда ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле статора, ток не индуцируется в обмотках с короткозамкнутым ротором, и обмотки не будут иметь дальнейшего влияния на работу синхронного двигателя в установившемся режиме.
Обмотка с короткозамкнутым ротором в некоторых машинах обеспечивает демпфирующий эффект для нагрузки или системных возмущений и в этой роли может быть обозначена как обмотка амортизатора. Большие машины могут иметь амортизирующие стержни только на отдельных лицевых сторонах полюсов, не соединенные между собой полюсами. Поскольку обмотка с короткозамкнутым ротором недостаточно велика, чтобы рассеивать тепло при непрерывной работе, большие синхронные машины часто имеют защитные реле, чтобы определять, когда машина выпала из синхронизации с напряжением питания.
Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором также могут использоваться в качестве генераторов. Чтобы это работало, двигатель должен иметь реактивную нагрузку и быть подключен либо к сети, либо к системе конденсаторов для обеспечения тока возбуждения. Чтобы двигатель работал как генератор, а не как двигатель, ротор должен вращаться быстрее, чем синхронная скорость его статора. Это заставит двигатель вырабатывать мощность после накопления остаточного магнетизма.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с двигателями с короткозамкнутым ротором. |
