Обмотки статора та ротора електричних машин змінного струму

Обмотка електротехнічного виробу (пристрою) - сукупність певним чином розташованих і з'єднаних витків або котушок, призначена створення або використання магнітного поля, або отримання заданого значення опору електротехнічного вироби (пристрою). Котушка обмотки електротехнічного виробу (пристрою) - обмотка електротехнічного виробу (пристрою) або її частина, виконана у вигляді окремої конструктивної одиниці (ГОСТ 18311-80).

У статті розказано про влаштування обмоток статора і ротора електричних машин змінного струму.

Просторове розташування обмоток статора:

Статор з дванадцятьма пазами, кожен з яких укладено по одному провіднику, схематично показаний на рис. 1, а. З'єднання між провідниками, покладеними в пазах, вказані лише для однієї з трьох фаз; початку фаз А, В, З обмотки позначені С1, С2, С3; кінці - С4, С5, С6. Частини обмотки, укладені в пазах (активна частина обмотки), умовно показані у вигляді стрижнів, а з'єднання між провідниками, що знаходяться в пазах (лобові з'єднання) суцільною лінією.

Сердечник статора має вигляд порожнистого циліндра, що є пакетом або рядом пакетів (розділених вентиляційними каналами) з листів електротехнічної сталі. Для машин малої та середньої потужності кожен лист штампується у вигляді кільця з пазами вздовж внутрішнього кола. На рис. 1,б дано лист статора з пазами однієї із застосовуваних форм.

Мал. 1. Розташування обмотки в пазах статора та розподіл струмів у провідниках

Нехай миттєве значення струму iA першої фази в деякий момент часу максимально і струм спрямований від початку фази С1 до її кінця С4.Вважатимемо такий струм позитивним.

Визначаючи миттєві струми у фазах як проекції векторів, що обертаються на нерухому вісь ON (рис. 1, в), отримаємо, що струми фаз В і С в даний момент часу негативні, т.е. е. спрямовані від кінців фаз до початків.

Простежимо за рис. 1, г утворення магнітного поля, що обертається. У даний момент часу струм фази А спрямований від її початку до кінця, т.е. е. якщо у провідниках 1 та 7 він йде від нас за площину креслення, то у провідниках 4 та 10 він йде через площину креслення до нас (див. рис. 1, а та г).

У фазі струм у цей момент часу йде від кінця фази до її початку. З'єднавши провідники другої фази за зразком першої, можна отримати, що струм фази проходить по провідникам 12, 9, 6, 3; при цьому по провідникам 12 і 6 струм йде від нас за площину креслення, а по провідниках 9 і 3 - до нас. Картину розподілу струмів у фазі отримаємо за зразком фази В.

Напрями струмів наведено на рис. 1,г; штриховими лініями показані магнітні лінії поля, створюваного струмами статора; напрями ліній визначено за правилом правого гвинта. З малюнка видно, що провідники утворюють чотири групи з однаковими напрямками струму та число полюсів 2р магнітної системи виходить рівним чотирьом. Ділянки статора, де магнітні лінії виходять із нього, є північні полюси, а ділянки, де магнітні лінії входять у статор, — південні полюси. Дуга кола статора, зайнята одним полюсом, називається полюсним розподілом.

Магнітне поле в різних точках кола статора по-різному. Картина розподілу магнітного поля вздовж кола статора періодично повторюється через кожне подвійне полюсне розподіл. Кут дуги 2 приймається за 360 градусів електричних.Так як уздовж кола статора розміщується р подвійних полюсних поділів, то 360 геометричних градусів дорівнюють 360р електричним градусам, а один геометричний градус дорівнює р електричним градусам.

На рис. 1 г показані магнітні лінії для деякого фіксованого моменту часу. Якщо ж розглянути картину магнітного поля для ряду послідовних моментів часу, можна переконатися, що поле обертається з постійною швидкістю.

Знайдемо швидкість обертання поля. Після закінчення часу, рівного половині періоду змінного струму, напрями всіх струмів змінюються зворотні, тому магнітні полюси змінюються місцями, т.к. е. за половину періоду магнітне поле повертається частина обороту. Швидкість обертання магнітного поля статора. е. синхронна швидкість, рівна (в оборотах за хвилину)

Число р пар полюсів може бути цілим, тому при частоті, наприклад, 50 Гц синхронна швидкість може дорівнювати 3000; 1500; 1000 об/хв і т.д. буд.

Мал. 2. Розгорнута схема трифазної одношарової обмотки

Обмотки машин змінного струму можна розділити на три групи:

До спеціальних обмоток відносяться:

а) короткозамкнена обмотка у вигляді біличної клітини;

б) обмотка асинхронного двигуна з перемиканням на різні числа полюсів;

в) обмотка асинхронного двигуна із протиз'єднаннями тощо. буд.

Крім вищезгаданого поділу, обмотки відрізняються за низкою інших ознак, а саме:

1) за характером виконання - ручні, шаблонні та напівшаблонні;

2) за розташуванням у пазу - одношарові та двошарові;

3) за кількістю пазів на полюс і фазу - обмотки з цілим числом q пазів на полюс і фазу та обмотки з дробовим числом q.

Витком називається контур, утворений двома послідовно з'єднаними провідниками.Секція, або котушка, є рядом послідовно з'єднаних витків, що лежать у двох пазах і мають загальну ізоляцію від корпусу.

Секція має дві активні сторони. Ліву активну сторону називають початком секції (котушки), а праву - кінцем секції. Відстань між активними сторонами секції називають кроком секції. Його можна вимірювати чи числом зубцевих поділів чи частках полюсного поділу.

Крок секції називають діаметральним, якщо він дорівнює полюсному поділу і скороченим, якщо він менший за полюсний поділ, оскільки крок секції більше полюсного поділу не роблять.

Характерною величиною, визначальною виконання обмотки, є число пазів на полюс і фазу. е. число пазів, що займаються обмоткою кожної фази в межах одного полюсного поділу:

де z-число пазів статора.

Обмотка наведена на рис. 1, а має наступні дані:

Навіть для цієї найпростішої обмотки просторовий креслення провідників та їх з'єднань виходить складним, тому він зазвичай замінюється розгорнутою схемою, де провідники обмотки зображуються розташованими не на циліндричній поверхні, а на площині (циліндрична поверхня з пазами та обмоткою «розгортається» в площину). На рис. 2, а дана розгорнута схема розглянутої обмотки статора.

На попередньому малюнку було для простоти показано, частина фази А обмотки, укладена в пазах 1 і 4, складається всього з двох провідників, т.е. е. з одного витка. Насправді кожна така частина обмотки, що припадає однією полюс, складається з w витків, т.к. е. у кожній парі пазів міститься по w провідників, об'єднаних в одну котушку. Тому при обході за розгорнутою схемою, наприклад, фази А від паза 1 потрібно w разів обійти пази 1 і 4, перш ніж перейти до паза 7.Відстань між сторонами витка однієї котушки, або крок обмотки, показаний на рис. 1, г; він зазвичай виявляється у числах пазів.

Мал. 3. Щиток асинхронної машини

Наведена на рис. 1 і 2 обмотка статора називається одношаровою, так як вона укладається в кожній пазі в один шар. Для того щоб розмістити лобові частини, що перетинаються на площині, вигинають їх по різних поверхнях (рис. 2, б). Одношарові обмотки виконуються з кроком, рівним полюсному поділу (рис. 2, а), або цей крок дорівнює в середньому полюсному поділу для різних котушок однієї фази, якщо y > 1 y < 1 . Нині найпоширеніші двошарові обмотки.

Початок і кінець кожної з трьох фаз обмотки виводяться на щиток машини, де є шість затискачів (рис. 3). До верхніх затискачів C1, С2, СЗ (початку фаз) підводяться три лінійні дроти від трифазної мережі. Нижні затискачі С4, С5, С6 (кінці фаз) або з'єднуються в одну точку двома горизонтальними перемичками, або кожен з цих затискачів з'єднується вертикальною перемичкою з верхнім затиском, що лежить над ним.

У першому випадку три фази статора утворюють з'єднання зіркою, у другому трикутником. Якщо, наприклад, одна фаза статора розрахована на напругу 220, то лінійна напруга мережі, в яку включається двигун, має бути 220 В у разі включення статора трикутником; при включенні його зіркою лінійна напруга мережі має бути

При з'єднанні статора зіркою нейтральний провід не підводиться, оскільки двигун є для мережі симетричним навантаженням.

Ротор асинхронної машини набирається із штампованих листів ізольованої електротехнічної сталі на валу або на спеціальній конструкції, що несе.Радіальний зазор між статором і ротором стає можливо меншим для забезпечення малого магнітного опору на шляху магнітного потоку, що пронизує обидві частини машини.

Найменший зазор, допустимий за технологічними вимогами, становить від десятих часток міліметра до кількох міліметрів залежно від потужності та габаритів машини. Провідники обмотки ротора розташовують в пазах уздовж утворюють ротора безпосередньо біля його поверхні з тим, щоб забезпечити найбільший зв'язок обмотки ротора з полем, що обертається.

Асинхронні машини випускаються як із фазним, так і з короткозамкненим ротором.

Мал. 4. Фазний ротор

Фазний ротор має, як правило, трифазну обмотку, що виконується, подібно до статорної, з тим же числом полюсів. Обмотка з'єднується зіркою чи трикутником; три кінці обмотки виводяться на три ізольованих контактних кільця, що обертаються разом із валом машини. Через щітки, укріплені на нерухомій частині машини і ковзають по контактних кільцях, в ротор включається трифазний пусковий або регулювальний реостат. е. у кожну фазу ротора вводиться активний опір. Зовнішній вигляд фазного ротора подано на рис. 4, на лівому кінці валу видно три контактні кільця. Асинхронні двигуни з фазним ротором застосовуються там, де потрібне плавне регулювання швидкості механізму, що приводиться в рух, а також при частих пусках двигуна під навантаженням.

Конструкція короткозамкнутого ротора значно простіша, ніж фазного. Для однієї із конструкцій на рис. 5 а показана форма листів, з яких набирається сердечник ротора. При цьому отвори поблизу зовнішнього кола кожного листа складають у сердечнику поздовжні пази.У ці пази заливається алюміній, після його затвердіння в роторі утворюються поздовжні струмопровідні стрижні.

5. Короткозамкнений ротор.

Короткозамкнутий ротор з білизною клітиною представлений на рис. 5,б. двигуни з короткозамкнутим ротором найдешевші, прості та надійні;

Телеграм канал для тих, хто щодня хоче дізнаватися нове та цікаве: Школа для електрика

Обмотки статора асинхронного двигуна

Якщо поглянути на обмотку статора асинхронного електродвигуна, то легко виявити, що вона є аж ніяк не просто три покладені під 120 градусів відносно один одного одиночні котушки. мотора, проте в асинхронному двигуні вони виконують зовсім інші функції.

Подивіться на перший малюнок. Тут зображена одна секція, що складається з чотирьох витків. Така секція займає на мінімум два пази. них підсумовувалися.

Оскільки весь набір ізольованих один від одного проводів у секції (або умовно - у частині секції) укладається в один паз, то і позначити на схемі пучок проводів можна у вигляді одного витка, навіть якщо витків в одному пазі лежить кілька. Активні провідники кожної секції можуть укладатися в пази одним шаром або двома шарами, як на роторі колекторного двигуна.

Допустимо, трифазний асинхронний двигун має одну пару полюсів (2p=2). Тоді для кожної фази обмотки на кожен полюс буде припадати кілька пазів статора: як правило від 1 до 5 (q). У процесі проектування машини вибирають найбільш потрібне значення цього числа q. В результаті загальна кількість пазів буде рівна - число полюсів * число фаз * пазів на полюс фази (Z = 2pmq).

Наприклад є: одна пара полюсів, три фази, два пази на полюс фази. Отже, загальна кількість пазів: Z = 2 * 3 * 2 = 12 пазів. На малюнку нижче наведена саме така обмотка, де на кожну фазу припадає по 4 секції, причому кожна секція складається з двох частин (по дві котушки в частині) - кожна частина знаходиться у сфері дії свого полюса (у двох полюсних поділах тау, один полюсний поділ - 180 градусів, всі пази - 360 градусів).

Пази поділяються по фазах так: нехай у двигуна два пази на полюс на фазу, тоді на першому полюсному поділі для фази А передбачаються пази 1 і 2, а на другому полюсному поділі - 7 і 8, оскільки Z/2 = 6 і тау = 6 зубців.

Друга фаза (В) зсунута щодо першої в просторі на 120 градусів або на 2/3 тау, тобто на 4 зубці, і означає займає пази 5 і 6 на першому полюсному поділі і пази 11 і 12 - на другому полюсному поділу.

І нарешті третя фаза (З) розташовується в пазах, що залишилися, 8 і 9 другого полюсного поділу і в пазах 3 і 4 першого полюсного поділу.Розмітка обмотки завжди ведеться із зовнішнього шару активних провідників.

Як ви вже зрозуміли, з метою складання ЕРС кожної фази, секції всередині котушок з'єднують послідовно, а самі котушки (у протилежних полюсних поділах) зустрічно: кінець першої з кінцем другої.

До трифазної мережі обмотки статора традиційно приєднуються за однією із двох схем: зірка або трикутник. Трикутник – для 220 вольт, зірка – для 380 вольт.

На малюнку показано статор без обмотки. Статор встановлюється в алюмінієвий, чавунний або сталевий корпус двигуна шляхом запресування сердечника всередину. Сердечник тут набирається з окремих листів сталі, кожен із яких ізольований особливим електротехнічним лаком.

Зовні корпус має ребра, завдяки яким збільшується площа теплообміну з навколишнім повітрям і підвищується ефективність активного охолодження — пластмасовий вентилятор, насаджений на ротор ззаду (під задньою кришкою з перфорацією), обдуває ребра і таким чином охолоджує двигун у процесі його роботи, так оберігає обмотки від перегріву.

Телеграм канал для тих, хто щодня хоче дізнаватися нове та цікаве: Школа для електрика

Якщо Вам сподобалася ця стаття, поділіться посиланням на неї у соціальних мережах. Це дуже допоможе розвитку нашого сайту!

Не пропустіть оновлення, підпишіться на наші соцмережі: