16Окт

Двигатель ротор: Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Содержание

Ротор электродвигателя — что это?

В каждом аппарате, работающем от электрической энергии, используется такое устройство как электродвигатель, который состоит из статора – неподвижной части и ротора – подвижной. Далеко не каждому известно что такое ротор электродвигателя и какие его функции, поэтому, возникают ложные представления.

Состоит ротор из цилиндра, составленного из листов штампованной электротехнической стали, которые одеты на вал. По своей природе роторы бывают фазными и короткозамкнутыми. Фазные роторы имеют обмотку трёхфазного типа со схемой соединения «звезда» и вращающимися вместе с валом контактными кольцами. К данным кольцам с помощью определённых щёток возможно подключить:

  • дроссели для удержания токов ротора и стабилизации работы электродвигателя в моменты возможных перегрузок и падения оборотов;
  • источник постоянного тока;
  • пускорегулирующий реостат, для увеличения пускового момента с помощью снижения пускового тока;
  • инверторное питание, для управления моментных характеристик и оборотов двигателя.

Таким образом, фазные роторы снабжают асинхронные электродвигатели  рабочей стабильностью, позволяя использовать их в различных установках по типу мостовых кранов и других устройств, где не требуются широкая и плавна регулировка скорости электродвигателей большой мощности.

Короткозамкнутый ротор, имеющий обмотку с названием «беличье колесо» состоит из вставленных в сердечник стержней алюминиевого или медного происхождения и коротко замыкающих колец с торцевым лопастями. Для улучшения его пусковые характеристики на роторе выполняют паз специальной формы, создающий из-за своей неординарной относительно оси вращения структуры эффект вытеснения тока, вызывающего большие показатели сопротивлений, например, при пуске. Применяют такие роторы в двигателях асинхронного типа в приводах, которые не используют большие пусковые моменты, например, это могут быть водные насосы небольших мощностей без возможности регулировки рабочей скорости.

Среди всех преимуществ двигателей с короткозамкнутым ротором можно выделить:

  • практически одинаковая скорость с применением разных нагрузок;
  • допустимость больших рабочих перегрузок;
  • простота и удобство автоматизации пуска;
  • высокие показатели КПД;
  • конструктивная простота.

Как видим, хотя внешне и функционально роторы и имеют различия, влияющие существенно на область их применения, используются они в равных долях во всех сферах деятельности человека. Так, электродвигатели от Siemens изготавливаются с роторами и того и другого типа, что способствовало крупному внедрению этих агрегатов во многие производственные процессы.

Так же, кроме вышеперечисленных типов ротора стоит отметить и существование массивного ротора, состоящего из материала ферромагнитного происхождения, играющего роль магнитопровода и проводника одновременно. Быть может он не нашёл столь широкого применения как фазный ли короткозамкнутый, но имеет ряд преимуществ:

  • низкая себестоимость;
  • простота изготовления;
  • высокий пусковой момент;
  • высоких показатель механической прочности, что немаловажно в машинах работающих на высоких скоростях.
Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

РОТОР — ДВИГАТЕЛЬ БУДУЩЕГО? | МОДЕЛИСТ-КОНСТРУКТОР

О роторных двигателях пишут, говорят, ими широко интересуются. Но спросите кого угодно (кроме узких специалистов, разумеется), какие он знает двигатели такого типа. И назван будет лишь один — двигатель Ванкеля. А между тем специалисты условно делят все роторные двигатели на три большие группы.

К первой относятся собственно роторные, в которых рабочие такты проходят в «камерах», создаваемых вращающимся ротором. К этому типу и относится ванкель-мотор. Его иногда называют роторно-поршневым, потому что ротор считают своеобразным поршнем. Но это абсолютно неверно.

Двигатели с поршнем — это следующая группа. В них поршни оставлены, но нет сложного и громоздкого шатунно-кривошипного механизма; менее сложен и механизм газораспределения, включающий золотник и систему выходных окон для выхлопа отработанных газов.

Третий тип — роторно-лопастные двигатели, где рабочий процесс тоже происходит в камерах переменного объема. Только создаются они уже не ротором, а плоскими деталями — лопастями.

Рис. 1. Общий вид нового микрованкеля «ОСТраупнер», объемом 5 см3 и весом 385 г, и отдельные детали

Общий принцип устройства ванкель-мотора широко известен. Ротор в форме треугольника с изогнутыми сторонами вращается внутри цилиндра. Между ним и стенками цилиндра создаются камеры переменного объема. В одной камере горючая смесь сжимается, в другой происходит взрыв, из третьей выхлопные газы выталкиваются наружу. Теоретически двигатель Ванкеля имеет огромные преимущества перед поршневым. Но понадобится не один десяток лет упорной работы самого Феликса Ванкеля и лучших конструкторских коллективов разных стран, чтобы появились на дорогах мира первые серийные образцы автомобилей, оснащенных этим двигателем Однако и сейчас их немного.

Успехи в области создания микрованкелей — двигателей для моделей и небольших машин — более значительны, чем в области создания моторов подобного же типа для автомобилей. Недавно появился новый, очень интересный микрованкель (рис. 1), о котором оповестили автомодельные журналы мира. Это двигатель размером с мандарин, с рабочим объемом 5 см3 и максимальным числом оборотов ротора 16 000 об/мин. Мощность его — 0,67 л. с.

Теперь поговорим немного о цене такого успеха, о труде, который ему предшествовал. В 1961 году, вскоре после того, как технический мир облетело сообщение о реализации доктором Ванкелем идеи двигателя с вращающимся ротором, западногерманская фирма Иоганнеса Граупнера решила создать серийный микрованкель. За проектирование взялся инженер Шегг, один из ведущих конструкторов, имевший к тому же большой опыт по разработке двигателя Ванкеля в натуральную величину. Шеггу понадобилось три года, чтобы создать конструкцию действующего микрованкеля, и еще три года, чтобы поднять на нем в воздух радиоуправляемую модель.

Итак, конструкция была как будто бы уже отработана, оставалось найти серийного производителя. Им стала японская фирма ОС. Еще два года весь экспериментальный отдел фирмы работал над тем, чтобы приспособить новый микродвигатель к условиям серийного производства. В 1969 году появились первые пятьдесят предсерийных образцов, а затем двести серийных. Но и в 1970 и в 1971 году работы над усовершенствованием двигателя не прекращались.

В чем же они заключались?

Главная трудность, из-за которой роторно-поршневой двигатель долгое время не мог увидеть света, заключается в том, что очень сложно создать уплотнение между вращающимся ротором и стенками цилиндра. Если зазор слишком мал, ротор не может вращаться, если велик — рабочая смесь будет просачиваться, не создавая нужного давления и, следовательно, мощности.

Есть и другие конструктивные сложности, например сильное нагревание. В микрованкеле «ОС-Граупнер» зазор между ротором и корпусом при всасывании и сжатии на 0,008— 0,01 мм больше, чем при расширении и выхлопе. Этот последний составляет всего 0,02 мм — чтобы уменьшить потери мощности, улучшить работу при запуске и на холостых оборотах. Дальнейшим усовершенствованием было расширение фазы впуска, применение алюминиевого сплава для внутренней поверхности цилиндра.

Может возникнуть у читателя вопрос: к чему столь подробный рассказ о работе всего над одним типом микрованкеля? А вот к чему. Человек, вздумавший заняться изготовлением его в домашних условиях, должен совершенно отчетливо представить себе, какие трудности перед ним встанут. Конструкция поршневых двигателей отрабатывалась почти столетие. Опыт их изготовления стал достоянием огромного количества людей. Нет в настоящее время двигателя лучше отработанного, пригодного для серийного выпуска в огромном количестве экземпляров, нежели обычный поршневой. Но, как известно, творческая мысль опережает реальность, поиски изобретателей не ограничиваются жесткими рамками современного промышленного производства. Они создают свои конструкции, а вопрос о пригодности их решит время.

Рис. 2. Схематический разрез двигателя Меркера:

а — четырехцилиндрового, б — шестицилилдрового; 1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — жесткая рама, 5 — корпус, 6 — золотник, 7 — рабочая дорожка, 8 — канал золотника, 9 — впускные клапаны, 10 — выпускные клапаны.

Поговорим о роторно-поршневых двигателях. Наиболее широко известен вариант (рис. 2), созданный австрийским инженером Остином Меркером. Четыре цилиндра расположены крестообразно внутри жесткой рамы. К концу каждого цилиндра крепится жесткий ролик. Он упирается в специально проточенную внутри рамы дорожку сложной формы. Имеющие выпускные и впускные каналы цилиндры крепятся к корпусу, внутри которого помещается золотник с каналами для подвода горючей смеси. Когда ролик одной соосной пары поршней проходит через места сужения рабочей дорожки, в цилиндрах этой пары происходит максимальное сжатие. В этот момент вспыхивает искра, горючая смесь воспламеняется, давление газов заставляет Цилиндры двигаться по окружности. Ролики попадают на самое широкое место рабочей дорожки, и происходит выхлоп отработанных газов. Но в этот момент сжатие начинается уже в другой паре цилиндров, все повторяется вновь. Ролики поочередно проходят наиболее широкие и наиболее узкие места внутренней дорожки рамы, поршни движутся внутри цилиндров, выхлопные газы уходят через открываемые поршнями окна, золотник вращается, и в тот момент, когда его каналы совпадают с впускными каналами цилиндров, происходит наполнение горючей смесью. Смесь эта поступает в золотник из небольшого нагнетателя, приводимого в действие от вала двигателя.

Вот такой двигатель предложил Остин Меркер. Заманчиво, ничего не скажешь. Нет шатунов, и вал не коленчатый, а прямой; нет инерционных сил, нет мучающего всех автомобилистов стука клапанов, нет даже прерывателя, распределителя, механизма опережения зажигания. Вместо этого неподвижная пластинка с выступами, на которую подается высокое напряжение Свечи, ввернутые в цилиндры, движутся вместе с ними, последовательно проходят выступы, и искра перескакивает с пластинки на свечу. Все предельно просто.

Рис. 3. Силы, действующие в двигателе Меркера на ролик и поршень:

1 — цилиндр, 2 — поршень, 3 — опорный ролик, 4 — рабочая дорожка.

Так почему же двигателестроители мира не бросили поспешно моторы обычного типа и не взялись дружно за конструкции Меркера? Почему эти моторы существуют пока только в виде экспериментальных вариантов и нет даже опытных образцов? Ответ на этот вопрос дает теоретическая механика, а конкретно — та ее часть, которая касается разложения сил. Посмотрим на рисунок 3, где показан ролик, катящийся по дорожке, и поршень. Сила Р, воспринимаемая роликом от дорожки, вовсе не направлена по оси цилиндра. Ее можно разложить на составляющие. Составляющая направлена по оси цилиндра, а сила — вбок. Она-то и перекашивает поршень в цилиндре, вызывая его усиленный износ. Поэтому высокие рабочие обороты в двигателе невозможны. Существуют, правда, конструкции, где основной ролик дополняют два вспомогательных, берущих на себя боковые нагрузки. Но это уж очень большое конструктивное усложнение. Так что двигатель Меркера пока что всего лишь мечта, хотя и очень заманчивая.

К этой же разновидности двигателей относятся и такие, в которых поршни и цилиндры расположены, как гнезда и патроны в револьверном барабане, вокруг оси. С поршнями соединены наклонные диски. Двигаясь, поршни вращают эти диски, а те, в свою очередь, вал. Двигатель подобной схемы был предложен очень давно. Еще в 1916 году молодые инженеры А. Микулин и 6. Стечкин, оба — будущие советские академики, выдающиеся двигателестроители — предложили сконструированный именно по такой, «барабанной» схеме мотор АМБС-1 мощностью 300 л. с. В 1924 году вариант такого же двигателя создал инженер Старостин. Судьба их всех схожа с судьбой двигателя Меркера.

И причина та же. большие потери на трение, быстрый износ.

Рис. 4. Схема роторно-лопастного двигателя:

1 — корпус, 2 — система охлаждения, 3 — выпускное окно, 4 — впускное окно, 5 — свеча.

Рис. 5. Циклы работы роторно-лопастного двигателя.

Рассмотрим теперь, что представляет собой роторно-лопастной двигатель (рис. 4). В корпусе, снабженном системой охлаждения, впускными и выпускными окнами и свечой зажигания, вращаются две лопасти. Если лопасть А вращается равномерно, а лопасть Б то догоняет ее, то отстает, замкнутый объем между лопастями и корпусом все время меняется. Тут-то и возможны всякого рода циклы, имеющие место в двигателях внутреннего сгорания (рис. 5). В камере 1 (позиция «а») горючая смесь воспламеняется от свечи зажигания. В камере 2 газы расширяются — происходит рабочий ход; в камере 3 всасывается новая порция рабочей смеси, в камере 4 она сжимается. Лопасти движутся дальше; камеры меняются местами (позиция «б»)- в 1-й — рабочий ход; во 2-й — выпуск; в 3-й — всасывание; в 4-й — сжатие свежей смеси. Затем все повторяется вновь (позиции «в» и «г»).

Идея заманчивая, что и говорить. Преимущества перед обычным, шатунно-кривошипным механизмом все те же: нет инерционных сил, все уравновешено, двигатель может развивать колоссальные обороты. Перед двигателями Меркера или Ванкеля тоже есть преимущества: сила давления газов воспринимается не крохотной поверхностью контакта ротора или ролика, а большими поверхностями лопастей. И щели между лопастями и внутренней поверхностью корпуса гоже легче уплотнять, нежели в двигателе Ванкеля.

Но одна проблема есть и тут. Как добиться точного движения лопастей относительно друг друга? Для этой цели создано множество механизмов — шестеренчатых, кулачковых, рычажных, — но говорить о результатах пока еще рано. Если эксперименты увенчаются успехом, техника получит высокооборотный, долговечный, надежный, легкий и мощный двигатель.

Рис. 6. Двигатель финских изобретателей, совмещающий в себе особенности роторного и обычного двигателя (механизм газораспределения — клапанный). Описание и чертежи двигателя были любезно предоставлены нашей редакции одним из его авторов, Ману Пайоненом

Таковы основные разновидности двигателей нового типа — роторных. К ним примыкает двигатель с вращающимся поршнем — как бы переходное звено между роторными и обычными двигателями. Эта конструкция предложена финскими изобретателями Онни Хейнола, Матти Кейхманиеми, Ману Пайоненом. Здесь поршень (рис. 6), вращаясь на эксцентриковой оси, то приближается к стенкам цилиндра, то удаляется от них. Цикл идет следующим образом. В одном пространстве происходит взрыв горючей смеси и рабочий ход; в другом — выпуск; в третьем — всасывание. Сохранена в какой-то степени и газораспределительная система обычного поршневого двигателя. В этой конструкции как бы наложились друг на друга, совместились разные типы роторных двигателей.

Двигатель стиральной машины LG в сборе (ротор MBF618448 + статор MEV644583) прямой привод

Если Вы еще не работаете с нами, оставьте здесь свои данные и мы обязательно свяжемся с Вами

Округ *Центральный федеральный округСибирский федеральный округДальневосточный федеральный округУральский федеральный округПриволжский федеральный округЮжный федеральный округСеверо-Западный федеральный округ

Регион *Белгородская областьБрянская областьВладимирская областьВоронежская областьг. МоскваИвановская областьКалужская областьКостромская областьКурская областьЛипецкая областьМосковская областьОрловская областьРязанская областьСмоленская областьТамбовская областьТверская областьТульская областьЯрославская областьРегион *Агинский Бурятский автономный округАлтайский крайИркутская областьКемеровская областьКрасноярский крайНовосибирская областьОмская областьРеспублика АлтайРеспублика БурятияРеспублика ТываРеспублика ХакасияТаймырский автономный округТомская областьУсть-Ордынский автономный округЧитинская областьЭвенкийский автономный округРегион *Амурская областьЕврейская автономная областьКамчатская областьКорякский автономный округМагаданская областьПриморский крайРеспублика Саха (Якутия)Сахалинская областьХабаровский крайЧукотский автономный округРегион *Курганская областьСвердловская областьТюменская областьХанты-Мансийский автономный округЧелябинская областьЯмало-Ненецкий автономный округРегион *Кировская областьКоми-Пермяцкий автономный округНижегородская областьОренбургская областьПензенская областьПермская областьРеспублика БашкортостанРеспублика Марий ЭлРеспублика МордовияРеспублика ТатарстанСамарская областьСаратовская областьУдмуртская РеспубликаУльяновская областьЧувашская РеспубликаРегион *Астраханская областьВолгоградская областьКабардино-Балкарская РеспубликаКарачаево-Черкесская РеспубликаКраснодарский крайРеспублика АдыгеяРеспублика ДагестанРеспублика ИнгушетияРеспублика КалмыкияРеспублика Северная Осетия-АланияРостовская областьСтавропольский крайЧеченская РеспубликаРегион *Архангельская областьВологодская областьг. Санкт-ПетербургКалининградская областьЛенинградская областьМурманская областьНенецкий автономный округНовгородская областьПсковская областьРеспублика КарелияРеспублика Коми

Тип покупателя *Розничный покупательЧастный мастер по ремонтуОптовый клиент

Сообщение

Ротор / статор для синхронного двигателя — Solid

Спроектированные, изготовленные и протестированные на заводе-изготовителе двигателей, массивные основные полюсные роторы подходят для применений, требующих длительных рабочих циклов. Этот ротор имеет твердые полюса и обмотку с полосами на краю поля. Корпуса валов и полюсов имеют цельную конструкцию, изготовленную из одной нормализованной штамповки из углеродистой стали. После установки полевых катушек стальные наконечники полюсов или башмаки прикручиваются к корпусам полюсов с помощью стальных полюсных винтов. Мотки имеют ленточную конструкцию с межоборотной изоляцией из пропитанной эпоксидной смолой неорганической бумаги, отвержденной под действием тепла и давления, что позволяет создавать полностью консолидированные агрегаты с классом эффективности Н. Через определенные промежутки времени с каждой стороны змеевика отдельные витки могут быть расширены, образуя fi ns для увеличения площади наружной поверхности и, тем самым, улучшения охлаждающего эффекта. Змеевики собираются на эпоксидно-связанных стеклопластиковых шайбах. Затем каждый полностью изолированный блок змеевика монтируется на его важный полюс с соответствующим креплением, чтобы обеспечить его прочное крепление к полюсу при нормальных условиях эксплуатации. Наконечники или башмаки интегральных полюсов на этом роторе обрабатываются с одной кузнечной штамповки ротора. Все остальные характеристики аналогичны характеристикам ротора с болтовыми наконечниками. Массивные столбы удерживают обмотку полосой по краям Особенности и преимущества: — Эффективность: Отсутствие сварки на ламинированной сердцевине для обеспечения минимальных потерь сердцевины. — Надежность: Сердечник зажимается под высоким равномерным давлением для обеспечения жесткости. — Безопасность: Улучшенная механическая стабильность от минимального уровня вибрации. — Компактность: Сердечник зажимается под высоким равномерным давлением для обеспечения жесткости. — Экономия затрат: Минимизация вращающихся компонентов. Исключает модуль синхронизации

Ротор – конкурент поршням и цилиндрам? Сильные и слабые стороны роторных двигателей.

Точкой отсчета для темы роторных двигателей является 1957 год, когда в попытке упростить двигатель с классической поршневой системой Феликс Ванкель изобрел совершенно иной тип двигателя, в котором в качестве основного элемента выступали уже не поршни, а ротор. Роторный двигатель также основан на принципе внутреннего сгорания, но если в классическом ДВС имеют место несколько рабочих объемов, то для роторного двигателя является характерным наличие одного корпуса с рабочим органом, представляющим по форме эпитрохоид.

Основные циклы в двигателе Ванкеля повторяют схему работы двигателя внутреннего сгорания – впуск, сжатие, рабочий ход и выхлоп. Треугольный ротор совершает вращательные движения в камере особой формы, заменяющей по функционалу поршень, коленчатый вал и систему газораспределения. Ротор при вращении разделяет общую камеру на три условных, в которых за один оборот ротора осуществляется три рабочих цикла, что можно приравнивать к работе шестицилиндрового ДВС. В двигателе внутреннего сгорания энергия взрыва топливно-воздушной смеси передается к коленвалу через ряд вспомогательных звеньев – поршней и шатунов. В роторном двигателе такая вспомогательная система отсутствует, крутящий момент сразу передается на вал.

Конструктивные особенности
Как упоминалось ранее, ротор имеет форму эпитрохоида, имеющего три выпуклые поверхности с небольшими углублениями для увеличения рабочего объема. В местах стыков поверхностей находятся пластины, которые обеспечивают герметичность условных камер сгорания. Крутящий момент на выходной вал передается посредством зубчатой передачи.

Сам вал имеет один или два эксцентрика, в зависимости от количества роторов. Применение двух роторов, работающих в противофазе, существенно компенсирует биения, уменьшает вибрацию.

Достоинства
Ввиду отсутствия множества механизмов и деталей, присущих поршневым двигателям, таких как шатуны, клапана, ГРМ, коленчатый вал, габариты роторного двигателя заметно отличаются в меньшую сторону. Это является большим преимуществом, например, для авиапромышленности.
К сильным сторонам можно отнести более высокий КПД в сравнении с поршневым двигателем (40% против 20%). Это обусловлено более длительным временем передачи мощности на один оборот (три четверти оборота против половины). Двигатель Ванкеля объемом всего 1,3 л способен выдавать мощность в районе 250 л. с.

Недостатки
Главным недостатком можно назвать очень маленький ресурс двигателя – всего около 80 тыс. км, что затрудняет эксплуатацию автомобилей с таким двигателем в повседневном режиме.

Расход топлива в роторном двигателе вследствие низкого рабочего давления выше ДВС, может достигать 20 л в городе. К тому же двигатель более склонен к перегреву.
Из-за низкой распространенности ремонт ротора может стать большой проблемой ввиду отсутствия квалифицированного персонала, особенно в небольших населенных пунктах.
Экологичность двигателей Ванкеля тоже оставляет желать лучшего.

Роторный двигатель является визитной карточкой Мазды RX 8, хотя были попытки установки ротора на Ауди, Мерседесе. Даже были экспериментальные модели ВАЗ с таким двигателем, выпущенные для спецслужб, но они не прижились ввиду несовершенства конструкции. В настоящее время наиболее перспективными являются исследования о возможности перехода роторных двигателей на водородное топливо.

Какак разница между короткозамкнутым и фазным ротором

Какак разница между короткозамкнутым и фазным ротором

Ротор — вращающаяся часть двигателей и рабочих машин, на которой расположены органы, получающие энергию от рабочего тела или отдающие её рабочему телу.

Как вы знаете, асинхронные электродвигатели имеют трехфазную обмотку (три отдельные обмотки) статора, которая может формировать разное количество пар магнитных полюсов в зависимости от своей конструкции, что влияет в свою очередь на номинальные обороты двигателя при номинальной частоте питающего трехфазного напряжения. При этом роторы двигателей данного типа могут отличаться, и у асинхронных двигателей они бывают короткозамкнутыми или фазными. Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного ротора — об этом и пойдет речь в данной статье.

Короткозамкнутый ротор

Представления о явлении электромагнитной индукции подскажут нам, что произойдет с замкнутым витком проводника, помещенным во вращающееся магнитное поле, подобное магнитному полю статора асинхронного двигателя. Если поместить такой виток внутри статора, то когда ток на обмотку статора будет подан, в витке будет индуцироваться ЭДС, и появится ток, то есть картина примет вид: виток с током в магнитном поле. Тогда на такой виток (замкнутый контур) станет действовать пара сил Ампера, и виток начнет поворачиваться вслед за движением магнитного потока.

Так и работает асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, только вместо витка на его роторе расположены медные или алюминиевые стержни, замкнутые накоротко между собой кольцами с торцов сердечника ротора. Ротор с такими короткозамкнутыми стержнями и называют короткозамкнутым или ротором типа «беличья клетка» поскольку расположенные на роторе стержни напоминают беличье колесо.

Проходящий по обмоткам статора переменный ток, порождающий вращающееся магнитное поле, наводит ток в замкнутых контурах «беличьей клетки», и весь ротор приходит во вращение, поскольку в каждый момент времени разные пары стержней ротора будут иметь различные индуцируемые токи: какие-то стержни — большие токи, какие-то — меньшие, в зависимости от положения тех или иных стержней относительно поля. И моменты никогда не будут уравновешивать ротор, поэтому он и будет вращаться, пока по обмоткам статора течет переменный ток.

К тому же стержни «беличьей клетки» немного наклонены по отношению к оси вращения — они не параллельны валу. Наклон сделан для того, чтобы момент вращения сохранялся постоянным и не пульсировал, кроме того наклон стержней позволяет снизить действие высших гармоник индуцируемых в стержнях ЭДС. Будь стержни без наклона — магнитное поле в роторе пульсировало бы.

Скольжение s

Для асинхронных двигателей всегда характерно скольжение s, возникающее из-за того, что синхронная частота вращающегося магнитного поля n1 статора выше реальной частоты вращения ротора n2.

Скольжение возникает потому, что индуцируемая в стержнях ЭДС может иметь место только при движении стержней относительно магнитного поля, то есть ротор всегда вынужден хоть немного, но отставать по скорости от магнитного поля статора. Величина скольжения равна s = (n1-n2)/n1.

Если бы ротор вращался с синхронной частотой магнитного поля статора, то в стержнях ротора не индуцировался бы ток, и ротор бы просто не стал вращаться. Поэтому ротор в асинхронном двигателе никогда не достигает синхронной частоты вращения магнитного поля статора, и всегда хоть чуть-чуть (даже если нагрузка на валу критически мала), но отстает по частоте вращения от частоты синхронной.

Скольжение s измеряется в процентах, и на холостом ходу практически приближается к 0, когда момент противодействия со стороны ротора почти отсутствует. При коротком замыкании (ротор застопорен) скольжение равно 1.

Вообще скольжение у асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором зависит от нагрузки и измеряется в процентах. Номинальное скольжение — это скольжение при номинальной механической нагрузке на валу в условиях, когда напряжение питания соответствует номиналу двигателя.

Фазный ротор

Асинхронные двигатели с фазным ротором, в отличие от асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, имеют на роторе полноценную трехфазную обмотку. Подобно тому, как на статоре уложена трехфазная обмотка, так же и в пазах фазного ротора уложена трехфазная обмотка.

Выводы обмотки фазного ротора присоединены к контактным кольцам, насаженным на вал, и изолированным друг от друга и от вала. Обмотка фазного ротора состоит из трех частей — каждая на свою фазу — которые чаще всего соединены по схеме «звезда».

К обмотке ротора через контактные кольца и щетки присоединяется регулировочный реостат. Краны и лифты, например, пускаются под нагрузкой, и здесь необходимо развивать существенный рабочий момент. Невзирая на усложненность конструкции, асинхронные двигатели с фазным ротором обладают лучшими регулировочными возможностями касательно рабочего момента на валу, чем асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которым требуется промышленный частотный преобразователь.

Обмотка статора асинхронного двигателя с фазным ротором выполняется аналогично тому, как и на статорах асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, и аналогичным путем создает, в зависимости от количества катушек (три, шесть, девять или более катушек), два, четыре и т. д. полюсов. Катушки статора сдвинуты между собой на 120, 60, 40 и т. д. градусов. При этом на фазном роторе делается столько же полюсов, сколько и на статоре.

Регулируя ток в обмотках ротора, регулируют рабочий момент двигателя и величину скольжения. Когда регулировочный реостат полностью выведен, то для уменьшения износа щеток и колец их закорачивают при помощи специального приспособления для подъема щеток.

Ранее ЭлектроВести писали, что в Атлантическом океане первый в мире телескопический ветрогенератор обеспечивает электроэнергией 5000 домохозяйств на одном из Канарских островов — Гран-Канария.

По материалам: electrik.info.

Ротор вместо цилиндров. Почему двигатель Ванкеля так и не покорил СССР


Свой путь

В СССР еще в довоенный период конструкторы баловались опытами над вариациями поршневых силовых агрегатов. Причем, что интересно, поначалу их тоже привязывали исключительно к самолетам. Об автомобилях никто особо не задумывался.

Роторной темой в СССР плотно занимались три научно-исследовательских института — НАМИ, НАТИ и ВНИИМотопром. Делали они это по прямому приказу Минавтопрома и Минсельхозмаша. Любопытно, что происходило это еще в «дованкелевские времена». И когда немец представил свой ДВС, его разработками заинтересовались серьезно. Ведь подобный мотор мог пригодиться как в милиции, так и в автоспорте.

Советские верхи посовещались и решили передать карты в руки ВАЗу. И в 1973 году там началась кропотливая работа над РПД, в специально созданном конструкторском бюро. Тамошним инженерам поручили решить еще одну задачу — заведомо провальную — проанализировать главные недостатки мотора Ванкеля и найти (!) способы их устранения.

Надо сказать, советский РПД действительно создавали с нуля. Никто не думал о покупке патента или лицензии на производство. А чтобы работа шла быстрее, была куплена Mazda RX-2 — как раз с роторным мотором. Силовой агрегат разобрали, изучили и собрали. После чего поставили японский РПД на вазовскую «трешку».

Во время испытаний стало понятно, что РПД крайне неэкологичнен и неэкономичен. Кроме того, очень часто приходилось менять уплотнители на роторе. Другими словами, советские конструкторы столкнулись с главной проблемой РПД. Ее пытались решить лучшие европейские и японские конструкторские умы на протяжении долгих лет — и безуспешно. Как, собственно, и сам Ванкель. Ведь именно недолговечность уплотнителей поставила крест на NSU Ro-80. И, соответственно, на перспективах мотора.

Но опыт заграничных коллег если и пугал советских конструкторов, то они этого не показывали. И свой собственный опытный РПД продемонстрировали уже в 1976 году. Он получил индекс ВАЗ-301. Правда, о его серийном производстве не было речи: образец явно требовал многочисленных усовершенствований.

На это ушло еще 6 лет. И в 1982 году появился РПД ВАЗ-311, чья мощность составляла 70 лошадиных сил. Этот мотор установили на ВАЗ-21011, изменив индекс на 21018.

Для пробы было выпущено 50 таких автомобилей. Но уже спустя полгода в живых остался лишь один. На остальных РПД поменяли на привычные моторы. С главным проклятием моторов Ванкеля — недолговечными уплотнителями и подшипниками — справиться не удалось.

Роторный двигатель

— обзор

9.3.5 Двигатель с явным постоянным магнитом (двигатель PM / Rel)

В разделе 9.3.4 мы увидели, что для двигателя с возбужденным ротором и выступающей частью ротора только действующий реактивный крутящий момент вызывал ненагруженный ротор должен остановиться с прямой осью ротора, выровненной со статором mmf, то есть в том же положении, как если бы вращающий момент возбуждения действовал отдельно. Это связано с тем, что ось с низким сопротивлением совпадает с прямой осью возбуждения. «Жесткость» характеристики крутящий момент-угол увеличивается за счет наличия реактивного крутящего момента, и в зависимости от относительных величин двух компонентов пиковый крутящий момент также может быть увеличен, как показано на рис.9.11, так что комбинация является привлекательным предложением.

Идея замены цепи возбуждения ротора более простыми постоянными магнитами при продолжении использования реактивного момента в принципе ясна, но на практике не так проста, как можно было бы ожидать. Чтобы магнитный поток проходил вдоль прямой оси ротора (то есть вдоль явного полюса), должен быть вставлен зазор для размещения магнита, и чем сильнее магнит, тем длиннее зазор. Это значительно увеличивает сопротивление прямой оси, что противоположно тому, что мы хотим, чтобы максимизировать крутящий момент сопротивления.

Тем не менее, мы уже говорили о том, что многие отрасли промышленности стремятся уменьшить свою зависимость от редкоземельных магнитов из-за опасений по поводу глобальной безопасности поставок. Эта неопределенность, вместе со стимулом для производства недорогих двигателей для растущего массового рынка (особенно в гибридных электромобилях), привела к возобновлению интереса к двигателям, которые сочетают в себе PM и реактивный крутящий момент. По сравнению с двигателем, работающим исключительно с постоянными магнитами, цель состоит в том, чтобы достичь сопоставимых характеристик с меньшим количеством магнитного материала: отношение крутящего момента PM к крутящему моменту реактивного сопротивления значительно варьируется (обычно от 4: 1 до 1: 1) в зависимости от детальной конструкции двигателя и применение, но в очень упрощенных терминах и, говоря очевидным, чем меньше материала магнита, тем выше доля реактивного момента.

Типичный шестиполюсный ротор показан на рис. 9.12: это, по сути, ротор индуктивного реактивного двигателя со скрытыми постоянными магнитами, сидящими в магнитопроводах. Например, если посмотреть на самый верхний полюс N на рис. 9.12, два его магнита эффективно соединены последовательно, а их прямая (магнитная) ось расположена вертикально. Помимо воздушного зазора, основная магнитная цепь, внешняя по отношению к каждой паре магнитов, имеет низкое магнитное сопротивление через «железо» сердечника, поэтому в этом отношении мало компромиссов по сравнению с конструкцией, состоящей только из PM.Однако по конструктивным причинам на внешних концах магнитопроводов должен быть мост из материала магнитопровода, и это неизбежно создает привлекательное короткое замыкание для некоторой части магнитного потока, который, таким образом, отклоняется от его полезного пути через статор. Эта область остается насыщенной и непродуктивной с точки зрения крутящего момента.

Рис. 9.12. Шестиполюсный двигатель PM / Rel.

Что касается аспекта сопротивления, прямая ось (низкая индуктивность) показана пунктирными линиями, а упомянутый выше мост снова представляет собой нежелательный путь короткого замыкания для магнитного потока, создаваемого статором, но по сути это точно так же, как это было бы в реактивном двигателе с магнитным потоком.Если бы реактивный момент действовал сам по себе, ненагруженный ротор остановился бы вместе с m.m.f статора. выровнен с пунктирной линией цепи, но если PM действует в одиночку, ненагруженный ротор остановится с полюсом N, выровненным с m.m.f статора. Таким образом, в отличие от двигателя с явным возбуждением ротора, где положения равновесия совпадают, теперь у нас есть два различных положения с нулевым крутящим моментом, разделенных на 90 ° (эл.).

Очевидно, существует потенциальная путаница в отношении того, какая ось является прямой. На первый взгляд, у нас есть два конкурирующих соперника с противоречивыми утверждениями: лагерь сопротивления утверждал бы, что это была пунктирная линия на рис.9.12, хотя поклонники PM утверждали, что это была ось, проходящая через центр полюсов магнита. На практике обычно предпочтительнее последнее, т.е. прямая ось определяется так же, как и для чисто PM машины.

Мы можем получить общее представление о форме общей характеристики крутящий момент-угол, наложив отдельные кривые сопротивления и PM, как показано на рис. 9.13, но мы должны принять, что это только приближение, поскольку оно игнорирует эффекты насыщения в магнитных цепях.

Рис. 9.13. Комбинированное сопротивление и крутящие моменты на постоянных магнитах.

Корпус возбужденного ротора показан на рис. 9.13 для сравнения с двигателем PM / Rel, и, как мы уже видели в разделе 9.3.4, результирующая кривая крутящего момента-угла для возбужденного ротора более жесткая по сравнению с устойчивым нулевым значением. положение крутящего момента, а области движения и торможения расположены симметрично, с равными максимальными углами крутящего момента для движения и торможения γ m и γ b соответственно.

Наша цель — выделить фундаментальные различия между характеристиками крутящего момента двигателя с возбужденным ротором и двигателя с постоянным / постоянным током, поэтому мы произвольно выбрали компоненты сопротивления и крутящего момента, чтобы они имели одинаковую амплитуду.(На практике двигатель с возбужденным ротором будет иметь гораздо меньший реактивный крутящий момент, тогда как соотношение компонентов крутящего момента для двигателя с постоянным / постоянным током может быть выше или ниже.)

Сдвиг на 90 ° между кривыми сопротивления и PM приводит к различным стабильные рабочие зоны для корпуса ПМ, а также новые положения покоя при нулевом моменте. Пиковый двигательный и тормозной моменты остаются такими же, как для случая возбужденного ротора, но они больше не симметричны относительно одного положения равновесия покоя. Максимальный угол крутящего момента двигателя обозначен как γ m , а максимальный тормозной момент обозначен как γ b .Следовательно, когда приводу требуется изменение крутящего момента с максимального крутящего момента двигателя на максимальный тормозной крутящий момент, система управления (см. Раздел 9.6) изменит положение вектора тока статора относительно ротора на угол κ, показанный на нижней диаграмме.

По-прежнему ведется большая работа и проявляется интерес к этой новой технологии, и пройдет некоторое время, прежде чем наконец появятся оптимизированные решения для различных областей применения.

Ротор асинхронного двигателя | Electrical4U

Ротор, как следует из названия, представляет собой вращающуюся часть электрической машины, в которой ток индуцируется действием трансформатора из вращающегося магнитного поля.

Ротор асинхронного двигателя бывает двух типов:

  1. Ротор с короткозамкнутым ротором
  2. Ротор с обмоткой или ротор с скользящим кольцом

Ротор с короткозамкнутым ротором

В этом типе ротора обмотка ротора состоит из проводников, в форма медных или алюминиевых стержней, заделанных в полузамкнутые пазы многослойного сердечника ротора. Чтобы облегчить замкнутый путь в цепи ротора, обе стороны стержней ротора закорочены концевыми кольцами.

Характеристики ротора с короткозамкнутым ротором

Этот тип ротора не имеет определенного количества полюсов, но такое же количество полюсов статора будет индуцироваться в роторе автоматически за счет индукции.Следовательно, для ротора с короткозамкнутым ротором

Ротор с короткозамкнутым ротором имеет очень низкое реактивное сопротивление утечки, поскольку он содержит любую обмотку на роторе, что приводит к низкому пусковому крутящему моменту и максимальному рабочему крутящему моменту.

Поскольку мы знаем, что для увеличения значения заявленного крутящего момента мы должны увеличить значение сопротивления ротора, а для его увеличения мы должны вставить сопротивление последовательно с обмоткой ротора, но в случае ротора с короткозамкнутым ротором мы не можем вставить он, так как его штанги ротора закорочены концевым кольцом с обеих сторон.Таким образом, мы можем сказать, что ротор с короткозамкнутым ротором обеспечивает хорошие рабочие характеристики, но плохие пусковые характеристики.

Недостатки ротора с короткозамкнутым ротором

  1. Низкий пусковой момент
  2. Высокие пусковые токи
  3. Низкий коэффициент мощности

Но пусковые характеристики ротора с короткозамкнутым ротором можно частично улучшить, изменив конструкцию схемы.

Перекос стержней ротора

Одна из целей перекоса стержней ротора — увеличить значение сопротивления ротора, чтобы можно было улучшить пусковой момент.Мы знаем, что сопротивление пропорционально длине, поэтому из-за перекоса стержней ротора длина стержней увеличивается, следовательно, увеличивается сопротивление и крутящий момент.

Ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом

Этот тип ротора также изготовлен из многослойной холоднокатаной кремнистой стали с ориентированной зернистостью для уменьшения потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь. Обмотка ротора распределена также с коротким шагом, чтобы получить на выходе синусоидальную ЭДС.

Работа асинхронного двигателя невозможна с неодинаковым числом полюсов статора и ротора, и этот тип ротора не реагирует автоматически на изменение числа полюсов статора.Следовательно, количество полюсов ротора должно быть равно количеству полюсов статора.

Если ротор снабжен трехфазными обмотками; обмотки ротора должны быть соединены звездой независимо от того, подключена ли обмотка статора по схеме звезды или треугольника.

Характеристики ротора с обмоткой или ротора с контактным кольцом

Основное различие между ротором с короткозамкнутым ротором и ротором с обмоткой заключается в наличии контактного кольца в роторе с обмоткой , поэтому его также называют ротором с контактным кольцом.Три клеммы соединенных звездой обмоток ротора выведены наружу и подключены к внешним резисторам через контактное кольцо.

Контактные кольца изготовлены из высокопрочного материала, например, фосфористой бронзы или латуни. Контакты щеток используются для соединения обмотки ротора с внешней цепью. Щетки изготовлены из углеродного или медного материала, но предпочтительным является углерод из-за его самосмазывающихся свойств. Таким образом, с угольными щетками потери на трение меньше.

Для улучшения пускового момента используются внешние резисторы.Этот внешний резистор также ограничивает пусковой ток, потребляемый двигателем во время пуска. Следовательно, коэффициент мощности улучшается.

Наблюдая за вышеупомянутыми пунктами, мы можем сделать вывод, что «из-за наличия дополнительного резистора, ротор с обмоткой или ротор с контактным кольцом типа имеет хорошие рабочие характеристики, но плохие рабочие характеристики»

Каким образом Ротор асинхронного электродвигателя работает?

Индукция протекания тока через стержни ротора асинхронного электродвигателя возникает, когда ток подается на статор.Этот приложенный ток через обмотки статора запускает вращение магнитного поля статора с линейной частотой.

Стержни неподвижного ротора затем подвергаются максимальному относительному движению магнитного поля статора к стержням. В этот момент вдоль стержней генерируется максимальный ток. Когда северный полюс статора вращается, проходя через стержень ротора, ток индуцируется вдоль стержня ротора. В то же время южный полюс статора поворачивается через стержень на 180 ° и индуцирует ток вдоль стержня в противоположном направлении.Этот круговой поток тока вдоль стержней ротора через закорачивающие кольца и вокруг пластин заставляет ротор становиться электромагнитом.

Именно в этой начальной начальной точке (заблокированный ротор) электромагнитная сила ротора наиболее высока. Электромагнитный ротор начнет разгоняться до синхронной скорости или скорости, с которой вращается магнитное поле статора. По мере увеличения скорости ротора относительное движение между стержнями ротора и вращающимся магнитным полем уменьшается.Это приводит к уменьшению тока и крутящего момента. Когда относительное движение (вращающая сила) между стержнями ротора и магнитным полем статора приближается к нулю, ток вдоль ротора прекращается. Магнетизм ротора прекратится, и ротор замедлится до тех пор, пока крутящий момент, создаваемый двигателем, не станет равным крутящему моменту ведомого оборудования. (Нагрузка)

Если нагрузка двигателя увеличивается, скорость двигателя уменьшается. Уменьшите нагрузку, и двигатель увеличит скорость. Асинхронный двигатель никогда не достигнет синхронной скорости из-за потерь на трение и сопротивление воздуха.Разница между синхронной скоростью и скоростью асинхронного ротора называется частотой скольжения.

Тодд А. Хэтфилд, вице-президент по проектированию и ремонту

HECO — Все системы идут

269-381-7200

[email protected]

Об авторе:

Тодд Хэтфилд является совладельцем HECO и вице-президентом по проектированию и ремонту.Он имеет более чем 35-летний опыт работы в области ремонта и проектирования генераторов и электродвигателей. Тодд имеет степень бакалавра в области электротехники и специализируется в следующих областях: модернизация и проектирование электрических и механических двигателей, анализ первопричин отказов и качественное восстановление электродвигателей.

электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора.Эти обмотки могут быть подключены по схеме «звезда», обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, или по схеме «треугольник». Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычном виде эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора токопроводящим концевым кольцом.

Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора.На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля через воздушный зазор машины в течение шести мгновений цикла. Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t 1 на чертеже ток в фазе a является максимально положительным, тогда как ток в фазах b и c составляет половину отрицательного значения. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу.В момент времени t 2 на рисунке (т. Е. Одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как в фазе b и фазе a составляет половину значения положительный. Результатом, как показано на рисунке для t 2 , снова является синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Исследование распределения тока для t 3 , t 4 , t 5 и t 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и текущих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле постоянной величины и механической угловой скорости, которая зависит от частоты электроснабжение.

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом из них, пропорциональное величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены вместе на каждом конце, в результате в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке показана диаграмма токов ротора за момент времени t 1 рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, при отсутствии избыточного крутящего момента, доступного для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Британская энциклопедия, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Полный ток статора в каждой фазной обмотке складывается из синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Вторая, или силовая, составляющая тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первая, или намагничивающая, составляющая отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичное напряжение питания находится в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до примерно 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности до примерно 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласуется со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для крутящего момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже скорости поля (часто называемая синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты, построив машину с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, доступный от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Асинхронные двигатели с фазным ротором

| Двигатели переменного тока

A с фазным ротором Асинхронный двигатель имеет статор, подобный асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором, но ротор с изолированными обмотками, выведенными через контактные кольца и щетки.

Однако на контактные кольца не подается питание. Их единственная цель — обеспечить включение сопротивления последовательно с обмотками ротора при запуске (рисунок ниже). Это сопротивление закорачивается при запуске двигателя, чтобы ротор электрически выглядел как его копия с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель с ротором

Q: Зачем подключать сопротивление последовательно с ротором?

A: Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором потребляют от 500% до более 1000% тока полной нагрузки (FLC) во время запуска. Хотя это не является серьезной проблемой для небольших двигателей, это проблема для больших (10 кВт) двигателей.

Последовательное включение сопротивления с обмотками ротора не только снижает пусковой ток, ток заторможенного ротора (LRC), но также увеличивает пусковой крутящий момент, крутящий момент заторможенного ротора (LRT).На рисунке ниже показано, что при увеличении сопротивления ротора с 0 R до 1 R 2 R, пик пробивного крутящего момента смещается влево до нулевой скорости.

Обратите внимание, что этот пик крутящего момента намного выше, чем пусковой крутящий момент, доступный без сопротивления ротора (R 0 ), скольжение пропорционально сопротивлению ротора, а момент отрыва пропорционален скольжению. Таким образом, при запуске создается высокий крутящий момент.

Пик пробивного крутящего момента сдвигается к нулевой скорости за счет увеличения сопротивления ротора

Сопротивление снижает крутящий момент, доступный при полной скорости вращения.Но это сопротивление закорачивается к моменту запуска ротора. Закороченный ротор работает как ротор с короткозамкнутым ротором. Тепло, выделяемое при запуске, в основном рассеивается за пределами двигателя в пусковом сопротивлении.

Сложность и техническое обслуживание, связанные с щетками и контактными кольцами, являются недостатком ротора с обмоткой по сравнению с простым ротором с короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель подходит для пуска высокоинерционных нагрузок. Высокое пусковое сопротивление обеспечивает высокий крутящий момент на выходе при нулевой скорости.Для сравнения: ротор с короткозамкнутым ротором демонстрирует отрывной (пиковый) крутящий момент только на 80% от его синхронной скорости.

Контроль скорости

Скорость двигателя можно изменять, возвращая переменное сопротивление в цепь ротора. Это снижает ток и скорость ротора. Высокий пусковой крутящий момент, доступный при нулевой скорости, а также разрывной крутящий момент при пониженной передаче недоступен на высокой скорости.

См. График R 2 при 90% Ns, рисунок ниже. Резисторы R 0 , R 1 , R 2 , R 3 увеличиваются по значению от нуля.

Более высокое сопротивление при R 3 еще больше снижает скорость. Регулировка скорости плохая по отношению к изменяющимся нагрузкам крутящего момента. Этот метод управления скоростью полезен только в диапазоне от 50% до 100% полной скорости.

Контроль скорости хорошо работает с нагрузками с переменной скоростью, такими как лифты и печатные машины.

Сопротивление ротора контролирует скорость асинхронного двигателя с фазным ротором

Индукционный генератор с двойным питанием

Ранее мы описали асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, действующий как генератор, если его скорость превышает синхронную.(См. Генератор переменного тока с асинхронным двигателем). Это индукционный генератор с однополярным питанием, имеющий электрические соединения только с обмотками статора.

Асинхронный двигатель с фазным ротором может также действовать как генератор, когда его скорость превышает синхронную. Поскольку есть соединения как со статором, так и с ротором, такая машина известна как индукционный генератор с двойным питанием (DFIG).

Сопротивление ротора допускает превышение скорости асинхронного генератора с двойным питанием

Индукционный генератор с однополярным питанием имел полезный диапазон скольжения только 1% при приводе в действие неприятным моментом ветра.Поскольку скорость асинхронного двигателя с фазным ротором можно регулировать в диапазоне 50-100% путем добавления сопротивления в ротор, мы можем ожидать того же от асинхронного генератора с двойным питанием.

Мы можем не только замедлить ротор на 50%, но и увеличить его скорость на 50%. То есть мы можем изменять скорость асинхронного генератора с двойным питанием на ± 50% от синхронной скорости. На практике более практично ± 30%.

Если генератор превышает скорость, сопротивление в цепи ротора будет поглощать избыточную энергию, в то время как статор подает постоянные 60 Гц на линию электропередачи (рисунок выше).В случае пониженной скорости отрицательное сопротивление, вставленное в цепь ротора, может восполнить дефицит энергии, по-прежнему позволяя статору питать линию электропередачи мощностью 60 Гц.

Преобразователь восстанавливает энергию от ротора индукционного генератора с двойным питанием

На практике сопротивление ротора может быть заменено преобразователем, поглощающим мощность от ротора и подающим мощность в линию питания вместо ее рассеивания.Это повышает эффективность генератора.

Преобразователь заимствует энергию от линии питания для ротора индукционного генератора с двойным питанием, что позволяет ему хорошо работать при синхронной скорости

Преобразователь может «заимствовать» мощность из линии для пониженного ротора, который передает ее на статор. Заимствованная мощность вместе с большей энергией вала передается на статор, подключенный к линии электропередачи.

Похоже, что статор подает на линию 130% мощности. Имейте в виду, что ротор «занимает» 30%, оставляя линию со 100% для теоретического DFIG без потерь.

Характеристики асинхронного двигателя с обмоткой ротора
  • Превосходный пусковой момент для высокоинерционных нагрузок.
  • Низкий пусковой ток по сравнению с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.
  • Скорость — это величина сопротивления от 50% до 100% полной скорости.
  • Более строгое техническое обслуживание щеток и контактных колец по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором.
  • Генераторная версия машины с фазным ротором известна как индукционный генератор с двойным питанием , машина с регулируемой скоростью.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Цели эффективности и производительности двигателя

при использовании медных роторов

Первоначальные цели, определенные исследовательской группой ICA / CDA для роторов двигателей из литого под давлением меди, были тройными, как указано ниже:

  1. Добиться дальнейшего снижения общих потерь на 10-15% по сравнению с современными энергоэффективными двигателями, или:
  2. Достичь той же эффективности, что и у алюминиевого ротора, при снижении общей стоимости изготовления двигателя, или:
  3. Или уменьшить общий вес двигателя, сохранив при этом тот же КПД, что и у двигателя с алюминиевым ротором.
Все три цели были достигнуты проектом.

1.2.1 Уменьшение общих убытков

Из-за превосходной электропроводности меди замена алюминия в токопроводящих шинах ротора литой под давлением медью может привести к значительному повышению эффективности электродвигателя. Однако обычно еще большее повышение эффективности может быть достигнуто, когда замена алюминия медью сопровождается изменением конструкции двигателя с учетом улучшенных свойств медных токопроводящих шин.

Например, в таблице 1.2.1.1 перечислены отчеты из технической литературы, показывающие величину повышения эффективности, которое может быть достигнуто при простой замене алюминиевого ротора на ротор, отлитый под давлением из меди. За исключением изменений в материале короткозамкнутого ротора, никаких других конструктивных изменений этих роторов не производилось.

Таблица 1.2.1.1: Сводка отчетов из литературы по повышению эффективности при замене алюминиевых роторов на роторы, отлитые под давлением из меди.За исключением изменения материала короткозамкнутого ротора, никаких других конструктивных изменений этих двигателей не производилось (см. Ссылки).
Мощность двигателя (л.
2 50 78,0% 80.3% 2,3 53% 5
2 50 81,1% 82,5% 1,4 4
3 50 83,6% 85,9% 2,3 4
4 60 83,2% 86,4% 3,2 58% 1, 2
4 50 82.0% 84,1% 2,1 46% 6
4 50 81,8% 84,3% 2,5 53% 5
5 50 84,0% 87,1% 3,1 4
5 50 83,0% 86,0% 3,0 4
5 50 38% 1, 2
7.4 50 83,4% 84,3% 0,9 3
7,4 50 83,0% 84,3% 1,3 7, 8
7,5 50 74,0% 79,0% 5,0 9
10 50 84,2% 87,4% 3.2 50% 6
10 50 86,1% 88,0% 1,9 52% 5
10 60 85,0% 86,5% 1,5 10
20 50 90,1% 91,0% 0,9 40% 11
40 88.8% 90,1% 1,3 1, 2
120 91,4% 92,8% 1,4 1, 2
270 50 92,0% 93,0% 1,0 9
† Расчеты, а не экспериментальные измерения

Таблица 1.В 2.1.2 (ниже) перечислены большие улучшения эффективности, которые могут быть достигнуты, если не только алюминиевые токопроводящие шины ротора будут заменены медными, но и двигатель будет модернизирован с учетом улучшенных свойств меди.

Таблица 1.2.1.2: Сводка отчетов из литературы по повышению эффективности, когда алюминиевые роторы заменены на роторы, отлитые под давлением из меди, и двигатель модернизирован с учетом улучшенных свойств медных токопроводящих шин (см. Ссылки) .
Мощность двигателя (л. Ротор
1,5 50 L 75,7% 82,8% 7,1 4
2 50 Л + СТ 78.0% 83,5% 5,5 58% 5
4 50 L 82,0% 84,5% 2,5 46% 6
4 50 Л + СТ 82,0% 86,5% 4,5 50% 6
4 50 Л + СТ 81,8% 88,2% 6.4 63% 5
7,4 50 R 84,1% 88,4% 4,3 7
7,4 50 R 84,8% 88,1% 3,3 4
10 50 L 84,2% 88,1% 3,9 50% 6
10 50 Л + СТ 84.2% 89,0% 4,8 60% 6
10 50 Л + СТ 86,1% 90,7% 4,6 59% 5
15 60 Ф 89,5% 90,7% 1,2 40% 1, 2
20 50 L 90,1% 91,9% 1.8 48% 11
25 60 Слот 90,9% 92,5% 1,6 40% 1, 2
Ключевыми изменениями конструкции являются:
L = только улучшенное качество ламинированной стали;
L + ST = улучшенное качество ламинированной стали и увеличенная длина штабеля;
F = Вентилятор снят;
Слот = слот перепроектирован под медь;
R = полная модернизация

1.2.1 Ссылки

  1. E.F. Brush, J.G. Коуи, Д.Т. Питерс и Д.Дж. Ван Сон, «Литые под давлением медные роторы электродвигателей; результаты испытаний электродвигателей, сравнение меди с алюминием», «Эффективность использования энергии в системах с приводом от электродвигателей», Редакторы: Ф. Парасилити и П. Бертольди, опубликовано Springer, 2003 г., стр. 136–143
  2. D.T. Peters, J.G. Cowie, E.F. Brush, Jr. & D.J. Ван Сон, «Медь в клетке для улучшения характеристик двигателя», Международная конференция по электрическим машинам и приводам, июнь 2003 г., Мэдисон, Висконсин
  3. Кристоф Пэрис и Оливье Вальти, «Новая технология изготовления роторов с медью в качестве магнитного проводника», «Эффективность использования энергии в системах с приводом от двигателя», под ред.Ф. Парасилити и П. Бертольди, Springer, 2003, стр. 152–161)
  4. E.F. Brush, Jr., D.T. Peters, J.G. Коуи, М. Доппельбауэр и Р. Киммих, «Последние достижения в разработке двигателя с литым медным ротором», 2004 г.
  5. Франческо Парасилити и Марко Виллани, «Конструирование и высокоэффективные асинхронные двигатели с медными роторами, отлитыми под давлением», получите ссылку
  6. Э. Кирикоцци, Ф. Парасилити и М. Виллани, «Новые материалы и инновационные технологии для повышения эффективности трехфазных асинхронных двигателей — пример из практики», Материалы конференции ICEM 2004, Лодзь, Польша, Ред .: С.Виак, М. Демс и К. Комеза, 2004 г.
  7. Л. Доффе и О. Вальти, «Новый промышленный процесс изготовления медных роторов с короткозамкнутым ротором и оптимизации производительности индукционных машин», представленный на PCIM, Нюрнберг, 27 мая 2004 г.
  8. Favi Copper Info Информация о роторе № 7, «Отчет об энергопотреблении асинхронной машины с алюминиевым или C97-проводным ротором»
  9. М. Полужадофф, Дж. К. Мипо и М. Нурдин, «Некоторые экономические сравнения алюминиевых и медных беличьих клеток», IEEE Trans. Energy Convers., Vol.10, вып. 3, 1995, сентябрь, стр. 415-418
  10. Сиан Ли и Карло Ди Пьетро, ​​«Повышение эффективности медного литого ротора и экономические соображения», IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, № 3, сентябрь 1995 г., стр. 419
  11. Ф. Парасилити, М. Виллани, К. Пэрис, О. Вальти, Г. Сонгини, А. Новелло и Т. Росси, «Повышение эффективности трехфазного асинхронного двигателя с помощью литого под давлением медного сепаратора ротора и стали премиум-класса», Труды Симпозиум SPEEDAM ’04, Капри, Италия, 16-18 июня 2004 г.

В начало

1.2.2 Снижение общих производственных затрат

Хотя стоимость литья под давлением медного ротора выше, чем стоимость литья под давлением алюминиевого ротора, общая стоимость двигателя, в котором используется медный ротор, может быть ниже. Из-за более высокого КПД медного ротора общая длина ротора (и двигателя) может быть уменьшена, при этом сохраняя характеристики двигателя, использующего алюминиевый ротор. Укорачивание двигателя устраняет некоторые слои ротора и статора, уменьшает количество обмоток статора и уменьшает длину вала, что в каждом случае снижает затраты.Как показано в таблицах 1.2.2.1 и 1.2.2.2 для двигателей мощностью 11 кВт и 5,5 кВт соответственно, увеличение стоимости медного ротора более чем компенсируется экономией затрат в других частях двигателя и общим снижением затрат примерно на 14%. Прогнозируется 18%.

Таблица 1.2.2.1: Возможная экономия средств при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 11 кВт на его медный аналог. Двигатели обладают эквивалентной энергоэффективностью и производительностью.
Тип двигателя Стоимость стали ($) Стоимость обмоток ($) Стоимость ротора ($) Стоимость сборки вала / корпуса * ($) Итого ($) Экономия затрат для Copper vs.Алюминиевый роторный двигатель
долларов Процент
Медный роторный двигатель 179,4 39,2 18,1 142 378,7 $ 63,3 14,3%
Алюминиевый роторный двигатель ** 222,2 46,1 5,7 168 442
† Цифры указаны в долларах США.
* Включая нагрузку на все компоненты; отдельные прямые части нагрузки также включены в столбцы индивидуальных прямых затрат
** Отраслевой эквивалент в EE (91.1%) и производительности
Таблица 1.2.2.2: Возможная экономия средств при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 5,5 кВт на его медный аналог. Двигатели обладают эквивалентной энергоэффективностью и производительностью.
Тип двигателя Стоимость стали ($) Стоимость обмоток ($) Стоимость ротора ($) Стоимость сборки вала / корпуса * ($) Итого ($) Экономия затрат Медь vs.Алюминиевый роторный двигатель
долларов Процент
Медный роторный двигатель 122,9 19,9 11,4 117 271,2 $ 59,3 17,9%
Алюминиевый роторный двигатель ** 155,7 32,8 4 128 330,5
† Цифры указаны в долларах США.
* Включая нагрузку на все компоненты; отдельные прямые части нагрузки также включены в столбцы индивидуальных прямых затрат
** Отраслевой эквивалент в EE (91.1%) и производительности

Следует отметить, что таблицы 1.2.2.1 и 1.2.2.2 были подготовлены на основе информации, полученной от производителей, интервью, опубликованных ссылок и предположений, основанных на стандартных методологиях. Поскольку любой прогноз подвержен неопределенностям, эти прогнозы не представлены как конкретные результаты, которые фактически будут достигнуты.

В начало

1.2.3 Уменьшение общей массы двигателя

Хотя это парадоксально, но общий вес двигателя можно уменьшить, заменив алюминиевый ротор на ротор, отлитый из меди.Опять же, более высокая эффективность медного ротора позволяет уменьшить общую длину ротора (и двигателя), сохраняя при этом характеристики двигателя, использующего алюминиевый ротор. Укорачивание двигателя устраняет некоторые пластинки ротора и статора, уменьшает количество обмоток статора и уменьшает длину вала. Как показано в таблицах 1.2.3.1 и 1.2.3.2 для двигателей мощностью 11 кВт и 5,5 кВт соответственно, увеличение веса меди в роторе более чем компенсируется снижением веса в других частях двигателя и общим снижением веса примерно на Прогнозируется 20%.

Таблица 1.2.3.1: Возможное снижение веса при замене алюминиевого ротора в двигателе мощностью 11 кВт на его медный аналог. Двигатели обладают эквивалентной энергоэффективностью и производительностью.
Тип двигателя Вес ротора + статора (кг) Вес обмоток (кг) Вес проводника ротора (кг) Вес вала + корпуса и т. Д. (Кг) Общий вес (кг) Уменьшение веса двигателя с медным ротором по сравнению с двигателем с алюминиевым ротором
кг Процент
Мотор с медным ротором 43 8.7 5,9 18,1 75,7 17,1 18,4%
Алюминиевый роторный двигатель * 54,6 10,2 3 25 92,8
* Промышленный эквивалент в EE (91,1%) и производительность
Таблица 1.2.3.1: Возможное снижение веса при замене алюминиевого ротора в 5.Двигатель мощностью 5 кВт с медным аналогом. Двигатели обладают эквивалентной энергоэффективностью и производительностью.
Тип двигателя Вес ротора + статора (кг) Вес обмоток (кг) Вес проводника ротора (кг) Вес вала + корпуса и т. Д. (Кг) Общий вес (кг) Уменьшение веса двигателя с медным ротором по сравнению с двигателем с алюминиевым ротором
кг Процент
Мотор с медным ротором 27 4.4 3,6 13,6 48,6 13,3 21,4%
Алюминиевый роторный двигатель * 34,5 7,3 2 18,1 61,9
* Промышленный эквивалент в EE (91,1%) и производительность

Следует отметить, что таблицы 1.2.3.1 и 1.2.3.2 были подготовлены на основе информации, полученной от производителей, интервью, опубликованных ссылок и предположений, основанных на стандартных методологиях.Поскольку любой прогноз подвержен неопределенностям, эти прогнозы не представлены как конкретные результаты, которые фактически будут достигнуты.

В начало

Мой ротор переменного тока неисправен? • JM Test Systems

Могу ли я исключить это как причину отказа?

Проблемы с стержнем ротора в большинстве случаев возникают нечасто. Но когда они случаются, их легко не заметить.Когда проблема с стержнем ротора неочевидна, на диагностику тратится много времени. Предположения о том, хороши или плохи стержни ротора, можно легко и быстро устранить для двигателя, который может работать.

Существует около 15 различных способов проверки на сломанные или сломанные стержни ротора. Если двигатель может работать, прибор для проверки импульсных перенапряжений Electrom iTIG — это самый быстрый и простой способ обнаружить проблему с ротором.

Обзор отказов стержня ротора — первичное воздействие на двигатель.

  • Что такое стержни ротора: стержни в роторе переменного тока, несущие ток, индуцируемый в роторе статором.
  • Наиболее частые причины выхода из строя стержней ротора: частые запуски двигателя, особенно при полной или чрезмерной нагрузке, которые потребляют очень высокие токи.
  • Развитие отказа стержня ротора:

Высокие токи генерируют большое количество тепла, которое расширяет стержни, соединение между стержнем и концевым кольцом ломается, в литых роторах пористые стержни или концевые кольца роторов также могут разрушаться, теперь резистивное соединение или трещина нагреваются больше и, в конечном итоге, трескаются.

  • При резистивном разрушении токи отводятся к соседним стержням, увеличивая ток в этих стержнях и вызывая локальные горячие точки.В худшем случае это приведет к деформации ротора или растрескиванию большего количества стержней.

Вторичные эффекты, создаваемые сломанными стержнями ротора, которые ударяют по двигателю.

  • Сломанные шины могут вызвать искрение, что является серьезной проблемой во взрывоопасных зонах.
  • Если один или несколько стержней ротора сломаны, исправные стержни вынуждены пропускать дополнительный ток, что приводит к повреждению сердечника ротора из-за более высокой температуры
  • Сломанные стержни вызывают колебания крутящего момента и скорости вращения ротора, вызывая преждевременный износ подшипников.
  • Большие воздушные карманы в обмотках ротора из литого под давлением алюминиевого сплава могут вызывать неравномерное расширение стержня, что приводит к изгибу и дисбалансу ротора.
  • Поскольку ротор вращается с высокой радиальной скоростью, сломанные стержни ротора могут выскочить и удариться о обмотку статора, вызывая катастрофический отказ двигателя.
  • Асимметрия ротора (ротор вращается не по центру), как статическая, так и динамическая, может привести к трению ротора об обмотку статора, что приведет к повреждению сердечника ротора.

Конечный результат: Двигатель может терять крутящий момент, иметь колебания крутящего момента и скорости, вибрировать и производить повышенный шум, создавать горячие точки и перегрев, даже дугу и повреждать пластинки ротора.

Решение:

Измеритель перенапряжения / анализатор обмоток Electrom iTIG имеет аксессуар, называемый зажимом для стержня ротора (RTR-03). Он подключается к одному фазному проводу двигателя и к передней панели iTIG. При работающем двигателе iTIG будет отображать синусоидальную волну мощности 60 Гц.

Стабильная волна означает, что ротор в порядке. Если пики волны перемещаются вперед и назад, то обнаружена проблема с стержнем ротора. Это пиковое движение происходит из-за колебаний тока, когда поврежденный стержень проходит мимо полюсов.Если требуется отчет, волна может быть захвачена в два разных момента времени, то есть в двух разных положениях ротора.

Это экранный снимок ротора со сломанной полосой, сделанный с помощью iTIG. Волны автоматически сохраняются и могут быть включены в отчеты.

Статья Джейкоба Бека

Испытание, выполненное Electrom iTIG

  • МОм (сопротивление) Испытания
  • Тесты Hipot
  • Испытания на импульсные перенапряжения — Нет необходимости поворачивать ротор на собранных двигателях
  • Испытания стержней ротора (открытые или треснувшие роторы переменного тока)
  • Испытания ступенчатого напряжения
  • Тесты на индекс поляризации (PI)
  • Испытания на диэлектрическую абсорбцию
  • Испытания якоря (роторы постоянного тока)
  • Form Coil Tests (до 2X максимальной номинальной мощности)
  • Испытания трансформаторов

Загрузить статью

Загрузить техническое описание Electrom iTIG

Загрузите наш контрольный список для тестера перенапряжения

Загрузите нашу линейку Motor Services

JM Test Systems арендует импульсные тестеры Electrom iTIG и продает импульсные тестеры Electrom iTIG для всех ваших потребностей в обслуживании двигателей.