Statorová a rotorová vinutí střídavých elektrických strojů

Vinutí elektrického výrobku (zařízení) je soubor závitů nebo cívek uspořádaných a spojených určitým způsobem, určených k vytvoření nebo využití magnetického pole nebo k získání dané hodnoty odporu elektrického výrobku (zařízení). Cívka vinutí elektrického výrobku (přístroje) je vinutí elektrického výrobku (přístroje) nebo jeho části, vyrobené jako samostatný konstrukční celek (GOST 18311-80).

Článek popisuje konstrukci vinutí statoru a rotoru střídavých elektrických strojů.

Prostorové uspořádání vinutí statoru:

Stator s dvanácti drážkami, z nichž každá obsahuje jeden vodič, je schematicky znázorněn na Obr. 1, a. Spoje mezi vodiči uloženými v drážkách jsou vyznačeny pouze pro jednu ze tří fází; začátky fází A, B, C vinutí jsou označeny C1, C2, C3; konce – C4, C5, C6. Části vinutí uložené v drážkách (aktivní část vinutí) jsou obvykle znázorněny ve formě tyčí a spojení mezi vodiči umístěnými v drážkách (čelní spojení) jsou znázorněna plnou čarou.

Jádro statoru má podobu dutého válce, což je balík nebo řada balíků (oddělených ventilačními kanály) vyrobených z plechů z elektrooceli. U strojů s nízkým až středním výkonem je každý list vyražen do prstence s drážkami po vnitřním obvodu. Na Obr. Obrázek 1b znázorňuje statorový plech se štěrbinami jednoho z použitých tvarů.

Rýže. 1. Umístění vinutí ve štěrbinách statoru a rozložení proudů ve vodičích

Nechť je okamžitá hodnota proudu iA první fáze v určitém časovém okamžiku maximální a proud směřující od začátku fáze C1 do jejího konce C4. Tento proud budeme považovat za pozitivní.

Definováním okamžitých proudů ve fázích jako průmětů rotujících vektorů na pevnou osu ON (obr. 1, c) získáme, že proudy fází B a C v daném čase jsou záporné, tj. směřují z konců fází do začátky.

Podívejme se na Obr. 1, d vznik rotujícího magnetického pole. V uvažovaném časovém okamžiku je proud fáze A směrován od svého začátku do konce, tedy pokud ve vodičích 1 a 7 jde od nás za rovinu výkresu, pak ve vodičích 4 a 10 jde zezadu. rovina výkresu směrem k nám (viz. obr. 1, a ad).

Ve fázi B teče proud v tomto okamžiku od konce fáze do jejího začátku. Připojením vodičů druhé fáze podle příkladu první lze dosáhnout toho, že proud fáze B prochází vodiči 12, 9, 6, 3; v tomto případě podél vodičů 12 a 6 proud teče od nás za rovinu výkresu a přes vodiče 9 a 3 – směrem k nám. Na základě vzorku fáze B získáme obrázek rozložení proudu ve fázi C.

Směry proudů jsou znázorněny na obr. 1,g; přerušované čáry znázorňují magnetické siločáry vytvářené statorovými proudy; směry čar jsou určeny správným šroubovým pravidlem. Z obrázku je vidět, že vodiče tvoří čtyři skupiny se stejnými směry proudu a počet pólů 2p magnetické soustavy je roven čtyřem. Oblasti statoru, kde magnetické čáry vystupují ze statoru, jsou severní póly a oblasti, kde magnetické čáry vstupují do statoru, jsou jižní póly. Oblouk kružnice statoru obsazený jedním pólem se nazývá dělení pólů.

Magnetické pole v různých bodech na obvodu statoru je různé. Vzor rozložení magnetického pole podél obvodu statoru se periodicky opakuje přes každé dvoupólové dělení. Úhel oblouku 2 se považuje za 360 elektrických stupňů. Protože existuje p dvoupólových dělení podél obvodu statoru, 360 geometrických stupňů se rovná 360p elektrickým stupňům a jeden geometrický stupeň se rovná p elektrickým stupňům.

Na Obr. 1d ukazuje magnetické čáry pro určitý pevný okamžik v čase. Pokud vezmeme v úvahu obraz magnetického pole pro řadu po sobě jdoucích okamžiků v čase, můžeme se přesvědčit, že pole rotuje konstantní rychlostí.

Pojďme najít rychlost rotace pole. Po době rovnající se polovině periody střídavého proudu se směry všech proudů obrátí, takže magnetické póly změní místo, tj. za polovinu periody se magnetické pole otočí o část otáčky. Rychlost otáčení magnetického pole statoru, tedy synchronní rychlost, je rovna (v otáčkách za minutu)

Počet p pólových párů může být pouze celé číslo, proto při frekvenci například 50 Hz může být synchronní rychlost 3000; 1500; 1000 ot./min atd.

Rýže. 2. Podrobné schéma třífázového jednovrstvého vinutí

Vinutí AC strojů lze rozdělit do tří skupin:

Mezi speciální vinutí patří:

a) vinutí nakrátko ve formě klece na veverku;

b) vinutí asynchronního motoru s přepínáním na různé počty pólů;

c) vinutí asynchronního motoru s antispojkami atp.

Kromě výše uvedeného rozdělení se vinutí liší v řadě dalších charakteristik, a to:

1) podle povahy provedení – ruční, šablona a pološablona;

2) podle umístění v drážce – jednovrstvé a dvouvrstvé;

3) podle počtu slotů na pól a fázi – vinutí s celým číslem q slotů na pól a fázi a vinutí se zlomkovým číslem q.

Závit je obvod tvořený dvěma vodiči zapojenými do série. Sekce nebo cívka je řada závitů zapojených do série, ležících ve dvou štěrbinách a majících společnou izolaci od těla.

Sekce má dvě aktivní strany. Levá aktivní strana se nazývá začátek úseku (cívka) a pravá se nazývá konec úseku. Vzdálenost mezi aktivními stranami sekce se nazývá rozteč sekce. Lze jej měřit buď počtem zubových dělení, nebo ve zlomcích pólového dělení.

Rozteč sekcí se nazývá diametrální, pokud se rovná dělení pólů a zmenšená, pokud je menší než dělení pólů, protože rozteč sekcí není větší než dělení pólů.

Charakteristickou hodnotou, která určuje konstrukci vinutí, je počet slotů na pól a fázi, tj. počet slotů obsazených vinutím každé fáze v rámci jednoho pólového dělení:

kde z je počet statorových slotů.

Vinutí znázorněné na Obr. 1, a, má následující údaje:

I pro toto nejjednodušší vinutí se ukazuje prostorové zakreslení vodičů a jejich spojů složité, proto je obvykle nahrazeno rozšířeným schématem, kde jsou vodiče vinutí znázorněny tak, že nejsou umístěny na válcové ploše, ale na rovině ( válcová plocha s drážkami a vinutím je „rozložena“ do roviny). Na Obr. 2 a je uvedeno podrobné schéma uvažovaného statorového vinutí.

Na předchozím obrázku bylo pro jednoduchost ukázáno, že část fáze A vinutí, uložená ve štěrbinách 1 a 4, sestává pouze ze dvou vodičů, tj. z jednoho závitu. Ve skutečnosti se každá taková část vinutí na jeden pól skládá z w závitů, tj. v každé dvojici štěrbin je w vodičů sdružených do jedné cívky. Proto při objíždění např. fáze A ze slotu 1 v rozšířeném obvodu je potřeba před přechodem na slot 1 objet sloty 4 a 7 w krát. Vzdálenost mezi stranami závitu jedné cívky, popř. stoupání vinutí y je znázorněno na Obr. 1, g; obvykle se vyjadřuje v počtu slotů.

Rýže. 3. Štít asynchronního stroje

Na Obr. 1 a 2 statorová vinutí se nazývají jednovrstvá, protože jsou uložena v jedné vrstvě v každé štěrbině. Aby bylo možné umístit přední části protínající se v rovině, jsou ohnuty podél různých povrchů (obr. 2, b). Jednovrstvá vinutí se vyrábí s roztečí rovnou pólovému dělení (obr. 2, a), nebo je tato rozteč rovna průměrně pólovému dělení pro různé cívky téže fáze, je-li y > 1, y < 1. V současné době jsou běžnější dvouvrstvá vinutí.

Začátek a konec každé ze tří fází vinutí jsou zobrazeny na panelu stroje, kde je šest svorek (obr. 3). Na horní svorky C1, C2, SZ (začátek fází) jsou přivedeny tři lineární vodiče z třífázové sítě. Spodní svorky C4, C5, C6 (konce fází) jsou buď v jednom bodě propojeny dvěma vodorovnými propojkami, nebo je každá z těchto svorek spojena svislou propojkou s horní svorkou ležící nad ní.

V prvním případě tvoří tři fáze statoru hvězdicové zapojení, ve druhém zapojení do trojúhelníku. Pokud je např. jedna fáze statoru dimenzována na napětí 220 V, pak by lineární napětí sítě, do které je motor připojen, mělo být v případě zapojení statoru do trojúhelníku 220 V; když je zapnuto hvězdičkou, mělo by být síťové napětí sítě

Když je stator zapojen do hvězdy, nulový vodič není napájen, protože motor je symetrická zátěž pro síť.

Rotor asynchronního stroje je sestaven z lisovaných plechů izolované elektrooceli na hřídeli nebo na speciální nosné konstrukci. Radiální mezera mezi statorem a rotorem je provedena co možná nejmenší, aby byl zajištěn nízký magnetický odpor v dráze magnetického toku procházejícího oběma částmi stroje.

Nejmenší mezera, kterou umožňují technologické požadavky, se pohybuje od desetin milimetru do několika milimetrů v závislosti na výkonu a rozměrech stroje. Vodiče vinutí rotoru jsou umístěny v drážkách podél tvořících přímek rotoru přímo na jeho povrchu, aby bylo zajištěno co největší spojení vinutí rotoru s točivým polem.

Asynchronní stroje se vyrábějí jak s fázovými, tak s rotory nakrátko.

Rýže. 4. Navinutý rotor

Fázový rotor má obvykle třífázové vinutí, podobné vinutí statoru, se stejným počtem pólů. Vinutí je zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníku; tři konce vinutí jsou vyvedeny na tři izolované sběrací kroužky, které se otáčejí s hřídelí stroje. Prostřednictvím kartáčů namontovaných na stacionární části stroje a kluzných po sběracích kroužcích je k rotoru připojen třífázový spouštěcí nebo nastavovací reostat, tj. do každé fáze rotoru je přiváděn aktivní odpor. Vzhled navinutého rotoru je na Obr. 4 jsou na levém konci hřídele vidět tři sběrací kroužky. Asynchronní motory s vinutým rotorem se používají tam, kde je požadována plynulá regulace otáček hnaného mechanismu a také při častém startování motoru pod zátěží.

Konstrukce rotoru s klecí nakrátko je mnohem jednodušší než u fázového rotoru. Pro jeden z návrhů na Obr. 5 znázorňuje tvar plechů, ze kterých je sestaveno jádro rotoru. V tomto případě otvory v blízkosti vnějšího obvodu každého listu tvoří podélné drážky v jádru. Do těchto drážek se nalije hliník, po vytvrdnutí se v rotoru vytvoří podélné vodivé tyče. Na obou koncích rotoru jsou současně odlity hliníkové kroužky, které zkratují hliníkové tyče. Výsledný vodivý systém se obvykle nazývá klec pro veverky.

Rýže. 5. Rotor s klecí nakrátko

Klecový rotor je znázorněn na obr. 5, b. Na koncích rotoru jsou viditelné ventilační lopatky, odlité integrálně se zkratovacími kroužky. V tomto případě jsou drážky zkoseny jedním dělením drážky podél rotoru. Klec nakrátko je jednoduchá, nemá kluzné kontakty, proto jsou nejlevnější, nejjednodušší a nejspolehlivější třífázové asynchronní motory s rotorem nakrátko; jsou nejčastější.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

rozšíření bldc
14. prosince 2019 v 0:40
, zobrazení: 754

rozšíření bldc
14. prosince 2019 v 0:40
, zobrazení: 754

Co je rotor a stator v elektromotoru?

Dříve nebo později zájemce o elektrotechniku ​​zaslechne zmínky o rotoru a statoru a položí si otázku: „Co to je a jaký je rozdíl mezi těmito zařízeními? Jednoduše řečeno, rotor a stator jsou dvě hlavní části umístěné v elektromotoru (zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii). Bez nich by existence moderních motorů, a tedy většiny elektrických zařízení na nich založených, byla nemožná. Stator je stacionární součástí zařízení a rotor je pohyblivá část, které se otáčejí v různých směrech vůči sobě navzájem. V tomto článku podrobně rozebereme konstrukci těchto částí a princip jejich fungování.

Co je rotor

Rotor, také někdy nazývaný kotva, je pohyblivá, to znamená rotující část v generátoru nebo elektromotorech, které
široce používané v domácích a průmyslových spotřebičích.

Pokud vezmeme v úvahu rotor stejnosměrného motoru nebo univerzálního komutátorového motoru, pak se skládá z několika
hlavní komponenty, jmenovitě:

1. Jádro. Je vyrobena z mnoha lisovaných tenkých kovových desek, které jsou od sebe izolované speciálním
   dielektrikum nebo jednoduše oxidový film, který vede proud mnohem hůře než čistý kov. Jádro se skládá z nich a je to „vrstvový dort“. Díky tomu nemají elektrony čas na urychlení kvůli malé tloušťce kovu a zahřívání rotoru je mnohem menší a účinnost celého zařízení je vyšší díky sníženým ztrátám. Toto konstrukční řešení bylo vytvořeno za účelem snížení Foucaultových vířivých proudů, které nevyhnutelně vznikají při chodu motoru v důsledku přepólování magnetizace jádra. Stejný způsob zacházení s nimi se používá u střídavých transformátorů.
2. Vinutí Měděný drát, potažený lakovou izolací, je navinut kolem jádra speciálním způsobem, aby se zabránilo výskytu zkratových závitů, které jsou nepřijatelné. Celé vinutí je navíc napuštěno epoxidovou pryskyřicí nebo lakem pro fixaci vinutí, aby nedošlo k jejich poškození vibracemi od rotace.
3. Vinutí rotoru lze připojit ke komutátoru – speciálnímu bloku s kontakty bezpečně upevněnými na hřídeli. Tyto kontakty se nazývají lamely, jsou vyrobeny z mědi nebo její slitiny pro lepší přenos elektrického proudu. Po ní klouzají kartáče, obvykle z grafitu, a ve správný okamžik je do vinutí přiváděn elektrický proud. Toto se nazývá posuvný kontakt.
4. Vlastní hřídel je kovová tyč, na jejích koncích jsou sedla pro valivá ložiska, může mít závity nebo vybrání, drážky pro pero pro uchycení ozubených kol, řemenic nebo jiných dílů poháněných elektromotorem.
5. Na hřídeli je také umístěno oběžné kolo ventilátoru, aby se motor sám chladil a nemuselo se instalovat přídavné zařízení pro odvod tepla.

Stojí za zmínku, že ne každý rotor má vinutí, která jsou v podstatě elektromagnetem. Místo toho lze použít permanentní magnety, jako u bezkomutátorových stejnosměrných motorů. Ale asynchronní motor s rotorem nakrátko nemá vinutí v obvyklé podobě, místo toho se používají kovové tyče s kotvou nakrátko, ale o tom níže.

Co je stator

Stator je stacionární součástí elektromotoru. Obvykle je kombinován s tělem zařízení a je válcovou částí. Skládá se také z mnoha desek pro snížení zahřívání vlivem Foucaultových proudů, které jsou nutně lakované. Na koncích jsou sedla pro kluzná nebo valivá ložiska.

Konstrukce se nazývá statorový obal je zalisován do litinového tělesa zařízení. Uvnitř tohoto válce jsou opracovány drážky pro vinutí, které jsou stejně jako u rotoru napuštěny speciálními směsmi, aby se teplo rovnoměrněji rozkládalo po celém zařízení a vinutí se o sebe nedřela vlivem vibrací.

Statorová vinutí mohou být zapojena různými způsoby v závislosti na účelu a typu elektrického stroje. Pro třífázové
elektromotory, jsou použitelné typy připojení hvězda a trojúhelník. Jsou znázorněny ve schématu:

Pro připojení je na těle zařízení speciální rozvodná skříň („bor“). Do této krabice jsou přivedeny začátky a konce tří vinutí a jsou k dispozici speciální svorkovnice různých provedení v závislosti na výkonu a účelu stroje.

Existují vážné rozdíly v provozu motorů s různým připojením vinutí. Například při spojení s hvězdou se motor rozběhne plynuleji, ale nebude možné vyvinout maximální výkon. Při zapojení do trojúhelníku bude elektromotor vyrábět veškerý točivý moment deklarovaný výrobcem, ale rozběhové proudy v tomto případě dosahují vysokých hodnot. Elektrická síť prostě nemusí být navržena tak, aby zvládla takové zatížení. Používání zařízení v tomto režimu je plné zahřívání vodičů a na slabém místě (to jsou křižovatky a konektory) může vodič shořet a vést k požáru. Hlavní výhodou asynchronních motorů je pohodlnost změny směru jejich otáčení, stačí prohodit připojení libovolných dvou vinutí.

Stator a rotor u asynchronních motorů

Třífázové asynchronní motory mají své vlastní charakteristiky, rotor a stator se v nich liší od těch, které se používají u jiných typů
elektromotory. Rotor může mít například dvě konstrukce: klec nakrátko a fázi. Podívejme se podrobněji na strukturální vlastnosti každého z nich. Nejprve však stručně pochopme, jak indukční motor funguje.

Ve statoru se vytváří rotující magnetické pole. Indukuje indukovaný proud na rotoru a tím jej uvádí do pohybu. Rotor se tak vždy snaží „dohnat“ rotující magnetické pole.

Dále je nutné zmínit tak důležitou vlastnost asynchronního motoru, jako je prokluz rotoru. Tento jev spočívá v rozdílu mezi otáčkami rotoru a magnetickým polem vytvářeným statorem. To se vysvětluje právě tím, že proud se v rotoru indukuje pouze tehdy, když se pohybuje vzhledem k magnetickému poli. A pokud by byly rychlosti otáčení stejné, pak by tento pohyb jednoduše nenastal. V důsledku toho se rotor snaží „dohnat“ magnetické pole v rychlosti, a pokud k tomu dojde, přestane se indukovat proud ve vinutí a rotor se zpomalí. V tuto chvíli síla působící na něj roste, začíná opět zrychlovat. Tak se dosáhne efektu stabilizace rychlosti otáčení, pro který jsou tyto elektromotory velmi žádané.

Rotor veverky

Je to také konstrukce sestávající z kovových desek, které fungují jako jádro. Místo měděného vinutí jsou tam však instalovány tyče nebo tyče, které se navzájem nedotýkají a jsou na koncích zkratovány kovovými deskami. V tomto případě tyče nejsou kolmé k deskám, ale jsou nasměrovány pod úhlem. To se provádí za účelem snížení pulzací magnetického pole a točivého momentu. Tímto způsobem se získají zkratované závity, odtud název.

Prokluzový rotor

Hlavním rozdílem mezi vinutým rotorem a rotorem s kotvou nakrátko je přítomnost třífázového vinutí uloženého v drážkách jádra a
připojení ve speciálním rozdělovači se třemi kroužky místo lamel. Tato vinutí jsou obvykle spojena do hvězdy. Výroba takových elektromotorů je pracnější kvůli složitosti konstrukce, ale jejich startovací proudy jsou nižší než u motorů s kotvou nakrátko a jsou také lépe nastavitelné.

Doufáme, že po přečtení tohoto článku již nebudete mít žádné otázky o tom, co je rotor a stator elektromotoru a jaký je jejich princip fungování.