Асинхронний двигун з фазним ротором.

У асинхронних електродвигунах більшої потужності і спеціальних машинах малої потужності для поліпшення пускових і регулювальних властивостей застосовуються фазні ротори (мал. 63.7). У цих випадках на роторі укладається трифазна обмотка з геометричними осями фазних котушок 1 (мал. 63.8), зміщеними в просторі один відносно одного на 120 градусів.

Фази обмотки 1 з’єднуються зіркою і кінці їх приєднуються до трьох контактних кілець 3, насаджених на вал 2 і електрично ізольованих як від валу, так і один від одного. За допомогою щіток 4, що знаходяться в ковзаючому контакті з кільцями 3, є можливість включати в ланцюги фазних обмоток регулювальні реостати 5, за допомогою яких можна регулювати струмом в роторі, а відповідно і швидкістю обертання.

Асинхронний двигун з фазним ротором має кращі пускові і регулювальні властивості, проте йому властиві великі маса, розміри і вартість, ніж асинхронному двигуну з короткозамкненим ротором.

Принцип роботи асинхронної машини заснований на використанні магнітного поля, що обертається. При підключенні до мережі трифазної обмотки статора створюється магнітне поле, що обертається, кутова швидкість якого визначається частотою мережі f і числом пар полюсів обмотки p, тобто ω1=2рf/p

Пересікаючи провідники обмотки статора і ротора, це поле індукує в обмотках ЕРС (згідно закону електромагнітної індукції). При замкнутій обмотці ротора її ЕРС наводить в ланцюзі ротора струм. В результаті взаємодії струму з результуючим магнітним полем створюється електромагнітний момент. Якщо цей момент перевищує момент опору на валу двигуна, вал починає обертатися і приводити в рух робочий механізм. Зазвичай кутова швидкість ротора ω2 не дорівнює кутовій швидкості магнітного поля ω1, званою синхронною. Звідси і назва двигуна асинхронний, тобто несинхронний.

Робота асинхронної машини характеризується ковзанням s, яке є відносною різницею кутових швидкостей поля ω1 і ротора ω2: s=(ω1-ω2) /ω1.

Значення і знак ковзання, залежні від кутової швидкості ротора відносно магнітного поля, визначають режим роботи асинхронної машини. Так, в режимі ідеального холостого ходу ротор і магнітне поле обертаються з однаковою частотою в одному напрямі, ковзання s=0, ротор нерухомий відносно магнітного поля, що обертається, ЕРС в його обмотці не індукується, струм ротора і електромагнітний момент машини дорівнюють нулю. При пуску ротор в перший момент часу нерухомий: ω2=0, s=1. У загальному випадку ковзання в руховому режимі змінюється від s=1 при пуску до s=0 в режимі ідеального холостого ходу.

При обертанні ротора із швидкістю ω2>ω1 у напрямі обертання магнітного поля ковзання стає негативним. Машина переходить в генераторний режим і розвиває гальмівний момент. При обертанні ротора в напрямі, протилежному до напряму обертання магнітного поли (s>1), асинхронна машина переходить в режим противключення і також розвиває гальмівний момент. Таким чином, залежно від ковзання розрізняють руховий (s=1÷0), генераторний (s=0÷-∞) режими і режим противключення (s=1÷+∞). Режими генераторний і противключення використовують для гальмування асинхронних двигунів.

Виводи обмоток ротора позначають буквою Р: Р1 – початок першої, Р2 – початок другої, Р3 – початок третьої фази. При чотирьох контактних кільцях нульова точка позначається 0. Контактні кільця позначаються так як і виводи приєднаних до них фаз: Р1 – найбільш віддалене від обмотки кільце, за ним Р2 і т.д. Самі кільця звичайно не маркуються.

Пуск асинхронних двигунів.

Під час ввімкнення асинхронного двигуна в мережу змінного струму по обмотках його статора й ротора протікатимуть струми, сила яких у кілька разів більша від номінальної. Це пояснюється тим що обертове магнітне поле перетинає обмотку нерухомого ротора з ви­сокою частотою, яка дорівнює частоті обертання магнітного поля у просторі, й індукує в цій обмотці велику ЕРС. Ця ЕРС утворює в колі ротора струм великої сили, що обумовлює виникнення струму відповідної сили і в обмотці статора.

Зі збільшенням частоти обертання ротора ковзання зменшується, що призводить до зниження ЕРС і сили струму в роторній обмотці. Це в свою чергу обумовлює зменшення сили струму в обмотці статора.

Велика сила пускового струму небажана як для двигуна, так і для джерела, від якого двигун одержує енергію. Коли пуски здійснюють­ся часто, то велика сила пускового струму призводить до різкого під­вищення температури обмоток двигуна, а це може обумовити перед­часне старіння його ізоляції. У мережі при великій силі струму зни­жується напруга, що впливає на роботу інших приймачів енергії, ввімкнених у цю ж мережу. Тому прямий пуск двигуна безпосереднім ввімкненням його в мережу допускається лише в тому разі, коли по­тужність двигуна набагато менша від потужності джерела енергії, яке живить мережу. Якщо потужність двигуна порівнянна з потужністю джерела енергії, то треба зменшити силу струму, споживаного цим двигуном під час пуску.

У двигунів із фазним ротором дуже хороші пускові характеристи­ки. Щоб знизити, силу пускового струму, обмотку ротора замикають на активний опір, який називається пусковим реостатом (мал. 63.10).

Якщо такий опір ввімкнути в коло роторної обмотки, то сила струму в ній знизиться, а отже, знизяться сила струму в статорній обмотці і сила струму, споживаного двигуном із мережі. При цьому збільшуються активна складова роторного струму і обертаючий момент, що розвивається двигуном під час пуску.

У пускових реостатів є кілька контактів, тому можна поступово зменшувати опір, введений в коло роторної обмотки. Після досягнен­ня ротором нормальної частоти обертання реостат повністю виводить­ся, тобто роторну обмотку замикають накоротко. За нормальної час­тоти обертання ротора ковзання мале і ЕРС, що індукується в його обмотці, також незначна. Тому в колі ротора не потрібен жодний до­датковий опір.

Пускові реостати працюють нетривалий час у процесі розгону двигуна і розраховуються на короткочасну дію. Якщо реостат буде ввімкненим тривалий час, то він вийде з ладу.

Пуск двигуна з короткозамкненим ротором при малій потужності його порівняно з потужністю джерела енергії здійснюють безпосеред­нім увімкненням у мережу. У разі великої потужності двигуна силу пускового струму зменшують, знижуючи прикладену напругу. Щоб знизити напругу на час пуску, двигун вмикають у мережу через знижувальний автотрансформатор або реактори. Якщо ротор обер­тається з нормальною частотою, двигун перемикають на повну напругу мережі.

Недоліком такого способу пуску двигуна є різке зменшення пуско­вого моменту. Для зниження сили пускового струму в n разів треба прикладену напругу також знизити в n разів. При цьому пусковий момент, прямо пропорційний квадратові напруги, зменшиться в n² разів.

Отже, зниження напруги допускається під час пуску двигуна без навантаження або з малим навантаженням, коли пусковий момент може бути невеликим.

Часто застосовують пуск двигу­нів способом перемикання статор­ної обмотки з зірки на трикутник (мал. 63.11). В момент пуску статорну обмотку з’єднують зіркою, а після того як двигун розів’є частоту, на­ближену до нормальної, її перемикають трикутником. За такого спо­собу пуску двигуна сила пускового струму в мережі знижується в три рази порівняно з силою пускового струму, який споживався б двигу­ном, коли б статорна обмотка під час пуску була з’єднана трикутни­ком. Цей спосіб пуску можна засто­совувати для двигуна, статорна об­мотка якого, живлячись від мережі з певною напругою, має бути з’єднана трикутником.