Înfășurările statorice și rotoare ale mașinilor electrice cu curent alternativ

Înfășurarea unui produs (dispozitiv) electric — un set de bobine sau bobine situate într-un anumit mod și conectate, concepute pentru a crea sau utiliza un câmp magnetic, sau pentru a obține o valoare dată a rezistenței unui produs (dispozitiv) electric. a unui produs (dispozitiv) electric - o bobină a unui produs (dispozitiv) electric sau o parte a acestuia, realizată ca o unitate structurală separată (GOST 18311-80).

Articolul vorbește despre dispozitivul înfășurărilor statorului și rotorului mașinilor electrice cu curent alternativ.

Dispunerea spatiala a infasurarilor statorului:

Rotor cușcă veveriță:

În fig. 1, a. Legăturile dintre conductoarele toroane sunt indicate doar pentru una dintre cele trei faze; începutul fazelor A, B, C ale bobinei sunt marcate C1, C2, C3; se termină - C4, C5, C6.Părțile bobinei așezate în canale (partea activă a bobinei) sunt prezentate în mod convențional sub formă de tije, iar conexiunile dintre firele din caneluri (conexiuni de capăt) sunt prezentate ca o linie continuă.

Miezul statorului are forma unui cilindru gol, care este un stivă sau o serie de stive (separate prin canale de ventilație) realizate din foi de oțel electric. La mașinile de dimensiuni mici și mijlocii, fiecare foaie este ștanțată sub forma unui inel cu caneluri de-a lungul circumferinței interioare. În fig. 1, b, este dată o foaie de stator cu caneluri de una dintre formele utilizate.

Orez. 1. Amplasarea înfășurării în fantele statorului și distribuția curenților în fire

Fie ca valoarea instantanee a curentului iA al primei faze la un anumit moment în timp să fie maximă și curentul este direcționat de la începutul fazei C1 până la sfârșitul ei C4. Vom considera acest curent ca fiind pozitiv.

Determinând curenții instantanei în faze ca proiecție a vectorilor rotativi pe axa fixă ​​ON (Fig. 1, c), obținem că curenții fazelor B și C la un moment dat sunt negativi, adică sunt direcționați. de la sfârşitul fazelor până la început.

Să o urmărim în fig. 1d formarea unui câmp magnetic rotativ. În momentul în cauză, curentul fazei A este direcționat de la început până la sfârșit, adică dacă în firele 1 și 7 ne lasă în afara planului desenului, atunci în firele 4 și 10 merge în spatele planului. a desenului pentru noi (vezi Fig. 1, a și d).

În faza B, curentul în acest moment trece de la sfârșitul fazei până la începutul acesteia.Prin conectarea firelor celei de-a doua faze conform probei primei, se poate obține ca curentul fazei B să treacă prin firele 12, 9, 6, 3; în același timp, prin firele 12 și 6, curentul ne lasă în afara planului desenului, iar prin firele 9 și 3 - către noi. Obținem o imagine a distribuției curenților în faza C folosind eșantionul din faza B.

Direcțiile curenților sunt date în fig. 1, d; liniile întrerupte arată liniile de câmp magnetic generate de curenții statori; direcțiile liniilor sunt determinate de regula șurubului din dreapta. Din figură se poate observa că firele formează patru grupuri cu aceleași direcții de curent și numărul de poli 2p ai sistemului magnetic este de patru. Regiunile statorului în care liniile magnetice părăsesc statorul sunt polii nordici, iar regiunile în care liniile magnetice intră în stator sunt polii sudici. Un arc de cerc stator ocupat de un pol se numește separare de poli.

Câmpul magnetic în diferite puncte ale circumferinței statorului este diferit. Modelul de distribuție a câmpului magnetic de-a lungul circumferinței statorului se repetă periodic prin fiecare separare bipolară.Unghiul de arc 2 luat ca 360 de grade electrice. Deoarece există p diviziuni de poli dublu în jurul circumferinței statorului, 360 de grade geometrice sunt egale cu 360p de grade electrice, iar un grad geometric este egal cu p grade electrice.

În fig. 1d arată liniile magnetice pentru un anumit moment fix în timp. Dacă ne uităm la imaginea câmpului magnetic pentru câteva momente consecutive în timp, ne putem asigura că câmpul se rotește cu o viteză constantă.

Să aflăm viteza de rotație a câmpului.După un timp egal cu jumătate din perioada curentului alternativ, direcțiile tuturor curenților sunt inversate, datorită cărora polii magnetici sunt inversați, adică în jumătate din perioadă câmpul magnetic se rotește cu o fracțiune de rotație. Viteza de rotație a câmpului magnetic al statorului, adică viteza sincronă, este (în rotații pe minut)

Numărul p de perechi de poli poate fi doar un număr întreg, prin urmare la o frecvență de, de exemplu, 50 Hz, viteza sincronă poate fi egală cu 3000; 1500; 1000 rpm etc.

Orez. 2. Diagrama detaliată a unei înfășurări trifazate cu un singur strat

Înfășurările unei mașini de curent alternativ pot fi împărțite în trei grupuri:

1) bobină la bobină;

2) miez;

3) special;

Bobinele speciale includ:

(a) scurtcircuit sub forma unei cuști de veveriță;

b) înfăşurarea unui motor asincron cu comutare la un număr diferit de poli;

c) înfăşurarea unui motor asincron cu anti-conexiuni etc.

Pe lângă diviziunea de mai sus, bobinele diferă printr-o serie de alte caracteristici, și anume:

1) după natura execuției — manual, modelat și semimodel;

2) după amplasarea în canelura - cu un singur strat și cu două straturi;

3) după numărul de sloturi pe pol și fază - înfășurări cu un număr întreg q sloturi pe pol și fază și înfășurări cu un număr fracționar q.

O bobină este un circuit format din două fire conectate în serie. O secțiune sau înfășurare este o serie de spire conectate în serie, situate în două fante și cu izolație comună față de corp.

Secțiunea are două laturi active. Partea stângă activă se numește începutul secțiunii (bobină), iar partea dreaptă se numește sfârșitul secțiunii. Distanța dintre laturile active ale secțiunii se numește pas de secțiune. Acesta poate fi măsurat fie prin numărul de vârfuri, fie în părți ale diviziunilor stâlpilor.

Pasul secțiunii se numește diametral dacă este egal cu diviziunea polilor și trunchiat dacă este mai mic decât diviziunea polilor, deoarece pasul secțiunii nu este mai mare decât diviziunea polilor.

O mărime caracteristică care determină funcționarea bobinei este numărul de sloturi pe pol și fază, adică. numărul de sloturi ocupate de înfășurarea fiecărei faze în cadrul unei diviziuni de poli:

unde z este numărul de fante pentru stator.

Bobina prezentată în fig. 1, a, are următoarele date:

Chiar și pentru această bobină cea mai simplă, desenul spațial al firelor și conexiunile lor se dovedește a fi complicat, așa că este de obicei înlocuit cu o diagramă extinsă, în care firele de înfășurare sunt reprezentate nu pe o suprafață cilindrică, ci pe un plan (un cilindric suprafață cu caneluri și o bobină „se desfășoară” într-un plan). În fig. 2 este o diagramă detaliată a înfășurării statorice luate în considerare.

În figura anterioară, pentru simplitate, s-a arătat că o parte a fazei A a înfășurării plasate în fantele 1 și 4 este formată din doar două fire, adică o tură. De fapt, fiecare astfel de parte a înfășurării care cade pe un pol constă din w spire, adică în fiecare pereche de caneluri sunt plasate w fire, combinate într-o singură înfășurare. Prin urmare, atunci când ocoliți conform schemei extinse, de exemplu, faza A a slotului 1, este necesar să ocoliți sloturile 1 și 4 w ori înainte de a trece la slotul 7. Distanța dintre părțile laterale ale turei unui pas de înfășurare sau de înfășurare , y este prezentat în fig. 1, d; de obicei exprimată în termeni de număr de canale.

Orez. 3. Scut mașină asincron

Arată în fig.1 și 2, înfășurarea statorului se numește un singur strat, deoarece se potrivește în fiecare canelură într-un singur strat.Pentru a plasa părțile frontale care se intersectează într-un plan, acestea sunt îndoite pe diferite suprafețe (Fig. 2, b). Înfășurările cu un singur strat se realizează cu o treaptă egală cu separarea polilor (Fig. 2, a), sau această etapă este egală în medie cu separarea polilor pentru diferite înfășurări ale aceleiași faze, dacă y> 1, y< 1... În zilele noastre bobinele dublu strat sunt mai frecvente.

Începutul și sfârșitul fiecăreia dintre cele trei faze ale înfășurării sunt indicate pe panoul mașinii, unde există șase cleme (Fig. 3). Trei fire liniare ale unei rețele trifazate sunt conectate la bornele superioare C1, C2, SZ (începutul fazelor). Clemele inferioare C4, C5, C6 (capetele fazelor) fie sunt conectate la un punct cu două jumperi orizontale, fie fiecare dintre aceste cleme este conectată la un jumper vertical, cu clema superioară situată deasupra.

În primul caz, cele trei faze ale statorului formează o conexiune în stea, în al doilea - o conexiune delta. Dacă, de exemplu, o fază a statorului este proiectată pentru o tensiune de 220 V, atunci tensiunea de linie a rețelei la care este conectat motorul trebuie să fie de 220 V, dacă statorul este conectat cu o deltă; atunci când este conectat cu o stea, tensiunea liniei de rețea ar trebui să fie

Când statorul este conectat în stea, firul neutru nu este alimentat deoarece motorul este o sarcină simetrică a rețelei.

Rotorul unei mașini cu inducție este realizat din foi ștanțate din oțel electric izolat pe un arbore sau pe o structură de susținere specială. Jocul radial dintre stator și rotor este cât mai mic posibil pentru a asigura o rezistență scăzută în calea fluxului magnetic care pătrunde în ambele părți ale mașinii.

Cel mai mic decalaj permis de cerințele tehnologice este de la o zecime de milimetru până la câțiva milimetri, în funcție de puterea și dimensiunile mașinii. Conductorii înfășurării rotorului sunt amplasați în fantele de-a lungul rotorului formându-se direct pe suprafața acestuia pentru a asigura cel mai mare contact al înfășurării rotorului cu câmpul rotativ.

Mașinile cu inducție sunt fabricate atât cu rotoare de fază, cât și cu rotoare cu colivie.

Orez. 4. Rotor de fază

Un rotor de fază are de obicei o înfășurare trifazată, realizată ca o înfășurare de stator, cu același număr de poli. Înfășurarea este conectată în stea sau în deltă; cele trei capete ale bobinei sunt conduse la trei inele colectoare izolate care se rotesc cu arborele mașinii. Prin perii montate pe partea staționară a mașinii și culisând pe inele colectoare, la rotor este conectat un reostat trifazat de pornire sau reglare, adică se introduce o rezistență activă în fiecare fază a rotorului. Vederea exterioară a rotorului de fază este prezentată în fig. 4, trei inele colectoare sunt vizibile la capătul stâng al arborelui. Motoarele asincrone cu rotor bobinat sunt utilizate acolo unde este necesară reglarea lină a vitezei mecanismului de antrenare, precum și la pornirile frecvente ale motorului sub sarcină.

Designul unui rotor cu cuști de veveriță este mult mai simplu decât cel al unui rotor de fază. Pentru unul dintre modelele din FIG. 5a prezintă forma foilor din care este asamblat miezul rotorului. În acest caz, găurile din apropierea circumferinței exterioare a fiecărei foi formează canale longitudinale în miez. Aluminiul este turnat în aceste canale, după solidificarea acestuia, în rotor se formează tije conductoare longitudinale.La ambele capete ale rotorului sunt turnate simultan inele de aluminiu, care scurtcircuita tijele de aluminiu. Sistemul conductiv rezultat se numește în mod obișnuit o celulă de veveriță.

Orez. 5. Rotor cu celule veveriță

Un rotor cușcă este prezentat în fig. 5 B. La capetele rotorului, lamele de ventilație pot fi văzute turnate simultan cu inele de cuplare scurtă. În acest caz, fantele sunt teșite printr-o diviziune de-a lungul rotorului. Cușca de veveriță este simplă, nu există contacte glisante, prin urmare motoarele de cușcă de veveriță asincrone trifazate sunt cele mai ieftine, simple și mai fiabile; sunt cele mai frecvente.