Электродвигатели с фазным ротором (двигатели с контактными кольцами, асинхронные двигатели с фазным ротором) представляют собой специальный класс асинхронных машин, в которых обмотка ротора выполнена не в виде «беличьей клетки», а является трехфазной, аналогичной статорной. Концы этой обмотки выведены на контактные кольца, что позволяет вводить в цепь ротора дополнительное сопротивление. Именно эта ключевая особенность определила их доминирующее применение в ответственных механизмах подъема и перемещения грузов – кранах, подъемниках, лебедках.
Конструктивно подъемный двигатель с фазным ротором состоит из следующих основных узлов:
При подаче напряжения на статор создается вращающееся магнитное поле, которое, пересекая обмотку ротора, наводит в ней ЭДС. Так как обмотка ротора замкнута через щетки и внешние резисторы, в ней возникает ток, взаимодействующий с полем статора, – создается вращающий момент.
Ключевое отличие от двигателя с короткозамкнутым ротором – возможность управления моментом и скоростью путем изменения активного сопротивления в цепи ротора (Rдоб).
| Критерий | Двигатель с фазным ротором (АДФР) | Двигатель с короткозамкнутым ротором (АДКЗ) |
|---|---|---|
| Пусковой момент | Высокий, регулируемый (до Mпуск = Mmax) | Ограниченный (обычно 1.2-1.8 Mном) |
| Пусковой ток | Низкий (1.5-2.5 Iном) | Очень высокий (5-7 Iном) |
| Регулирование скорости | Возможно, но экономически нецелесообразно на длительном режиме | Только частотным преобразователем |
| Надежность ротора | Ниже (наличие щеточного узла, требующего обслуживания) | Высокая (ротор не имеет электрических контактов) |
| Стоимость и сложность | Выше (двигатель + резисторы + контроллер) | Ниже (двигатель + ПЧ, если нужно регулирование) |
| Типовое применение в подъемниках | Основные механизмы подъема и передвижения кранов, тяжелые лебедки | Вспомогательные механизмы, механизмы с ЧРП, малые тали |
В России и странах СНГ наиболее распространены двигатели серий МТН, МТКН, 4MTН, ДМ. Маркировка, например, МТН 512-6, расшифровывается: М – модернизированный, Т – с фазным ротором, Н – защищенного исполнения, 5 – габарит, 12 – длина сердечника, 6 – число полюсов (синхронная скорость 1000 об/мин).
Основные параметры для выбора:
Управление двигателем осуществляется через силовой контроллер (кулачковый, командоконтроллер) или систему на тиристорных контакторах. Контроллер коммутирует цепи статора (реверс) и ступени резисторов в цепи ротора. Резисторы – металлические, чаще всего из константановой или нихромовой ленты, намотанной на изоляционные каркасы. Их расчет и правильный подбор определяют плавность пуска и рабочие характеристики.
Основная сфера применения – грузоподъемные машины циклического действия: мостовые, козловые, башенные краны; шахтные подъемные машины; лебедки различного назначения. Двигатели с фазным ротором незаменимы там, где требуются частые пуски/остановки, реверсы, работа под нагрузкой с переменным моментом.
Современные тенденции показывают постепенное вытеснение классических АДФР с резисторами системами на основе асинхронных или синхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, управляемых через частотные преобразователи (ЧРП). ЧРП обеспечивает лучшие характеристики регулирования, высокий КПД и отсутствие щеточного узла. Однако, для очень тяжелых условий пуска, в взрывоопасных средах или при необходимости высокой ремонтопригодности в полевых условиях, двигатели с фазным ротором остаются оптимальным и надежным решением.
Основные причины: необходимость получения высокого пускового момента при ограниченном пусковом токе от сетевого питания крана. Частые пуски, реверсы и работа с переменной нагрузкой требуют управляемых характеристик, которые легко обеспечиваются вводом резисторов в цепь ротора. Прямой пуск АДКЗ в таких условиях привел бы к просадкам напряжения, чрезмерным динамическим нагрузкам на механику и не соответствовал бы требованиям Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00).
Периодичность ТО щеточного узла регламентируется инструкцией завода-изготовителя и ПТЭ. В среднем, требуется ежеквартальная проверка: очистка от пыли, проверка степени износа щеток (остаток не менее 60% от первоначальной высоты), проверка давления пружин (обычно 15-25 кПа), осмотр состояния контактных колец. При наличии борозд или биения колец более 0.05-0.1 мм требуется проточка и шлифовка. Неравномерный износ щеток указывает на неотрегулированные щеткодержатели.
Нет, это грубая ошибка. После выхода на рабочую скорость обмотка ротора замыкается накоротко не на корпус, а специальным аппаратом – контактором ускорения, который закорачивает выводы ротора между собой (обычно по схеме «звезда»). Заземление или замыкание на корпус приведет к нарушению симметрии фаз, появлению токов утечки и срабатыванию защит.
Это двигатель, имеющий на статоре две (реже три) независимые обмотки с разным числом полюсов (например, 4/16, 6/24). Переключение между обмотками изменяет синхронную скорость (например, 1500/375 об/мин). Часто одна из обмоток (на высокую скорость) выполняется как «короткозамкнутая», а вторая (на низкую) – как «фазная». Это позволяет иметь две четко фиксированные скорости подъема: пониженную для точного монтажа и повышенную для транспортировки.
Расчет ведется по каталожным данным двигателя: номинальному напряжению ротора U2н (при разомкнутых кольцах и неподвижном роторе), номинальному току ротора I2н и требуемой кратности пускового момента. Сопротивление одной фазы Rдоб = (U2н / (√3 I2н)) ( (Mн/Mп) — 1 ). На практике используют таблицы и рекомендации производителей резисторов (например, серии ЯС, НФ).