Асинхронные двигатели с фазным ротором

фазный ротор Асинхронный двигатель имеет статор, как у асинхронного двигателя 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

В: Зачем ставить сопротивление последовательно с ротором?

А: 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 момент, крутящий момент заторможенного ротора (LRT). На рисунке ниже показано, что при увеличении сопротивления ротора с R ₀ к R ₁ кому:R ₂ , 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 крутящего момента при пробое смещен до 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 щеток и контактных колец является недостатком ротора с фазной обмоткой по сравнению с простым ротором с короткозамкнутым ротором.

Этот двигатель подходит для запуска 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. R ₂ кривая при 90% Ns, рисунок ниже. Резисторы R ₀ , R ₁ , R ₂ , R ₃ увеличение стоимости с 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 индукционного генератора с двойным питанием

Индукционный генератор с одинарным питанием имел полезный диапазон скольжения только 1%, когда он приводился в движение сильным ветровым крутящим моментом. Поскольку скорость асинхронного двигателя с намотанным 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 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, помещенное в цепь 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.

Конвертер извлекает энергию из 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.

Конвертер заимствует энергию из линии электропередачи 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 на валу 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 теоретической 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 переменная сопротивления от 50% до 100% полной скорости.
• Более тщательное 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:

• Рабочий лист по теории электродвигателей переменного тока