Принцип действия и устройство трехфазного коллекторного электродвигателя с питанием со стороны ротора

Количество типов коллекторных электродвигателей переменного тока довольно значительно. В этой статье мы рассмотрим только трехфазные коллекторные электродвигатели с питанием со стороны ротора (Шраге).

Трехфазный коллекторный двигатель с питанием со стороны ротора фактически является индукционным электродвигателем (асинхронным) с вращающимся магнитным потоком, во вторичный контур которого вводят добавочную ЭДС.

Как происходит регулирование скорости можно понять из следующего. При постоянном статическом моменте нагрузки Мс = const и при постоянном напряжении в сети U1 магнитный поток будет постоянен. В таком случае ток ротора асинхронной машины будет равен:

Ток ротора асинхронного электродвигателя

Если ввести добавочную ЭДС в цепь ротора, то его ток будет определятся суммой алгебраической ЭДС роторной цепи:

Ток ротора асинхронного электродвигателя при введении добавочного ЭДС

Для простоты расчета предполагаем, что ЭДС Едоб действует либо согласно с ЭДС ротора, либо встречно ей. В первый момент времени после введения дополнительного Едоб ток ротора возрастет, соответственно возрастет и момент, который станет больше Мс. Электродвигатель начнет ускоряться. При увеличении скорости вращения будет падать ток ротора и уменьшатся скольжение. Как следствие – падение момента развиваемого коллекторным электродвигателем. При достижении равенства момента нагрузки и двигателя разгон последнего прекратится. Если пренебречь изменением индуктивного сопротивления обмотки ротора, то при увеличении скорости значение результирующей ЭДС Ерез будет примерно равна начальному значению ЭДС Е2S. При введении ЭДС Едоб встречной  Е2S произойдет обратный эффект – момент и ток уменьшатся, вследствие чего коллекторный электродвигатель начнет замедляться. Это, в свою очередь, вызовет увеличение скольжения и, вслед за ним, увеличение тока и момента.

Если в ротор ввести Едоб, которая совпадает по направлению с Е2S, а по величине превосходит ее, то есть Едоб> Е2S, то при увеличении скорости равновесие моментов может иметь место при отрицательном скольжении, то есть на скорости выше синхронной. Векторные диаграммы роторной цепи для всех трех случаев показаны ниже:

Векторные диаграммы для коллекторного электродвигателя при питании со стороны ротора

При введении в ротор добавочной ЭДС Е2 под углом 900 она будет оказывать влияние на фазовый сдвиг тока статора:

Векторная диаграмма при введении в цепь ротора добавочной ЭДС

На фигуре а) показана векторная диаграмма без добавочных ЭДС в цепи ротора, φ1 – угол сдвига тока статора относительно его напряжения. На фигуре б) показана векторная диаграмма при введении Едоб, опережающей Е2S на 900. При этом в роторе вместо Е2S будет Ерез, опережающий по фазе Е2S. Ток ротора немного возрастет, но будет сдвинут на прежний угол φ2 относительно Ерез и, как мы можем видеть из диаграммы, уменьшает реактивную часть тока статора. Схема трехфазного коллекторного электродвигателя с питанием со стороны ротора показана ниже:

Схема трехфазного коллекторного электродвигателя с питанием со стороны ротора

Первичную обмотку W1 располагают на роторе и подключают к сети с помощью контактных колец. В верхней части пазов ротора укладывают вспомогательную обмотку Wр, выведенную на коллектор. Вторичную обмотку Wc размещают на статоре. Концы каждой обмотки присоединяют к щеткам коллектора.

Щетки всех трех фаз могут одновременно симметрично сближаться и раздвигаться с помощью специального механизма. Именно с помощью щеток во вторичную обмотку Wc подается Едоб., индуктируемая магнитным потоком в обмотке Wр. Назначением коллектора в данном случае будет автоматическое преобразование добавочной ЭДС Е2, индуктируемой  в обмотке Wр частоты сети f1, в частоту вторичной цепи f2 = f1S. Магнитный поток Ф, созданный обмоткой W1, вращается относительно ротора с синхронной скоростью.  При вращении магнитный поток пересекает витки обмоток W1, Wp и Wc. В каждой из них будет индуктироваться ЭДС. Е2, индексирующаяся в обмотке Wc, вызовет появление в ней тока I2, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает вращающий момент. Под действием этого момента ротор начнет вращаться со скоростью ωc(1-S) в направлении, обратном вращению магнитного потока. При вращении скорость движения магнитного потока относительно обмотки Wc будет равна:

3

А частота ЭДС, индуктированной в обмотке Wc, будет f1S. Частота Едоб., вводимой во вторичную обмотку Wc, будет определяться разностью скоростей перемещения потенциальной волны Едоб относительно коллектора и скорости перемещения коллектора относительно неподвижных щеток. Эта разность будет равна:

1

А частота fдоб = f1S.

Таким образом, всегда, автоматически, Едоб будет иметь частоту вторичной цепи.

Различные варианты расположения щеток на коллекторе трехфазного коллекторного электродвигателя

При симметричном раздвижении щеток относительно оси вторичной обмотки (фигура а)) Едоб будет направлена встречно ЭДС вторичного контура E2S, что соответствует снижению скорости.

Для перехода на сверхсинхронную скорость необходимо изменить полярность Едоб, что достигается раздвижением от оси симметрии обмотки Wc перекрещенных щеток (фигура б)).

При несимметричном сдвиге щеток по коллектору Едоб будет повернута относительно E2S на угол α, образованный осью симметрии обмотки Wc, и биссектрисой угла между щетками. В случае, показанном на фигуре в), Едоб опережает Е2S на угол α.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: