Намотки на статор и ротор на електрически машини с променлив ток

Намотка на електрически продукт (устройство) — набор от намотки или бобини, разположени по определен начин и свързани, предназначени за създаване или използване на магнитно поле, или за получаване на дадена стойност на съпротивление на електрически продукт (устройство).Намотваща намотка на електрически продукт (устройство) — намотка на електрически продукт (устройство) или част от него, направена като отделна структурна единица (ГОСТ 18311-80).

Статията разказва за устройството на намотките на статора и ротора на електрически машини с променлив ток.

Пространствено разположение на намотките на статора:

Ротор на клетка с катерица:

Статор с дванадесет слота, във всеки от които е положен един проводник, е схематично показан на фиг. 1, а. Връзките между набраздените проводници са посочени само за една от трите фази; началото на фазите А, В, С на намотката са обозначени С1, С2, С3; краища — С4, С5, С6. Частите на намотката, положени в каналите (активната част на намотката), са условно показани под формата на пръти, а връзките между проводниците в жлебовете (челни връзки) са показани като плътна линия.

Ядрото на статора има формата на кух цилиндър, който представлява купчина или поредица от купчини (разделени от вентилационни канали), изработени от листове от електрическа стомана. При малки и средни машини всеки лист е щампован под формата на пръстен с жлебове по вътрешната обиколка. На фиг. 1, б, е даден статорен лист с жлебове на една от използваните форми.

Ориз. 1. Разположението на намотката в прорезите на статора и разпределението на токовете в проводниците

Нека моментната стойност на тока iA на първата фаза в определен момент от време е максимална и токът е насочен от началото на фазата C1 към нейния край C4. Ще считаме този ток за положителен.

Определяйки моментните токове във фазите като проекция на въртящите се вектори върху неподвижната ос ON (фиг. 1, в), получаваме, че токовете на фазите B и C в даден момент са отрицателни, тоест те са насочени от краищата на фазите към началото.

Нека го проследим на фиг. 1г образуването на въртящо се магнитно поле. Във въпросния момент токът на фаза А е насочен от неговото начало до края, тоест ако в проводници 1 и 7 излиза от нас извън равнината на чертежа, то в проводници 4 и 10 той отива отзад равнината на чертежа към нас (виж фиг. 1, а и г).

Във фаза В токът в този момент от време преминава от края на фазата до нейното начало. Чрез свързване на проводниците на втората фаза според пробата от първата, може да се получи, че токът на фаза В преминава през проводници 12, 9, 6, 3; в същото време, през проводници 12 и 6, токът излиза от нас извън равнината на чертежа, а по проводници 9 и 3 — към нас. Получаваме картина на разпределението на токовете във фаза С, използвайки пробата от фаза В.

Посоките на токовете са дадени на фиг. 1, d; пунктирани линии показват магнитните линии на полето, генерирани от токовете на статора; посоките на линиите се определят от правилото на десния винт. От фигурата се вижда, че проводниците образуват четири групи със същите посоки на тока и броят на полюсите 2p на магнитната система е четири. Областите на статора, където магнитните линии напускат статора, са северните полюси, а областите, където магнитните линии влизат в статора, са южните полюси. Дъга от статорен кръг, заета от един полюс, се нарича разделяне на полюси.

Магнитното поле в различни точки на обиколката на статора е различно. Моделът на разпределение на магнитното поле по обиколката на статора се повтаря периодично през всяко разделяне с два полюса.Ъгъл на дъгата 2 взети като 360 електрически градуса. Тъй като по обиколката на статора има p двойни полюсни разделения, 360 геометрични градуса са равни на 360p електрически градуса, а една геометрична степен е равна на p електрически градуса.

На фиг. 1г показва магнитните линии за определен неподвижен момент във времето. Ако разгледаме картината на магнитното поле за няколко последователни момента във времето, можем да се уверим, че полето се върти с постоянна скорост.

Нека намерим скоростта на въртене на полето. След време, равно на половината от периода на променливия ток, посоките на всички токове се обръщат, поради което магнитните полюси се сменят, тоест в половината период магнитното поле се завърта с част от оборот. Скоростта на въртене на магнитното поле на статора, т.е.синхронната скорост, е (в обороти в минута)

Броят p на полюсните двойки може да бъде само цяло число, следователно при честота, например 50 Hz, синхронната скорост може да бъде равна на 3000; 1500; 1000 об / мин и др.

Ориз. 2. Подробна схема на трифазна еднослойна намотка

Намотките на променливотокова машина могат да бъдат разделени на три групи:

1) макара към макара;

2) сърцевина;

3) специален;

Специалните намотки включват:

а) късо съединение под формата на клетка на катерица;

б) навиване на асинхронен двигател с превключване към различен брой полюси;

в) намотка на асинхронен двигател с антивръзки и др.

В допълнение към горното разделение, намотките се различават по редица други характеристики, а именно:

1) по естеството на изпълнение — ръчно, шаблонно и полушаблоново;

2) по местоположение в жлеба-еднослойни и двуслойни;

3) по броя на слотовете на полюс и фаза — намотки с цяло число q слотове на полюс и фаза и намотки с дробно число q. 

Намотката е верига, образувана от два последователно свързани проводника. Секция или намотка е поредица от завъртания, свързани последователно, разположени в два слота и с обща изолация от тялото.

Разделът има две активни страни. Лявата активна страна се нарича начало на участъка (намотка), а дясната страна се нарича край на участъка. Разстоянието между активните страни на участъка се нарича стъпка на сечението. Тя може да бъде измерена или чрез броя на зъбците или в части от деленията на полюсите.

Стъпката на участъка се нарича диаметрална, ако е равна на полюсното разделяне и съкратена, ако е по -малка от делението на полюсите, тъй като стъпката на сечението не е по -голяма от делението на полюсите.

Характерно количество, което определя работата на намотката, е броят на слотовете на полюс и фаза, т.е. броя на слотовете, заети от намотката на всяка фаза в рамките на едно полюсно разделение:

където z е броят на слотовете на статора.

Намотката, показана на фиг. 1, а, има следните данни:

Дори за тази най -проста намотка пространственото изчертаване на проводниците и техните връзки се оказва сложно, поради което обикновено се заменя с разширена диаграма, където намотаващите проводници са изобразени не на цилиндрична повърхност, а на равнина (цилиндрична повърхност с канали и намотка «се разгъва» в равнина). На фиг. 2 е дадена подробна схема на разглежданата намотка на статора.

На предишната фигура, за простота, беше показано, че част от фаза А на намотката, поставена в слотове 1 и 4, се състои само от два проводника, тоест от един завой. В действителност всяка такава част от намотката, падаща на един полюс, се състои от w завои, тоест във всяка двойка жлебове се поставят w проводници, комбинирани в една намотка. Следователно, когато се заобикаля съгласно разширената схема, например фаза А от слот 1, е необходимо да се заобиколят слотове 1 и 4 w пъти, преди да се премине към слот 7. Разстоянието между страните на завоя на една намотка или стъпка на намотката, y е показано на фиг. 1, d; обикновено се изразява чрез броя на каналите.

Ориз. 3. Щит на асинхронната машина

Показано на фиг. 1 и 2, намотката на статора се нарича еднослойна, тъй като се вписва във всеки жлеб в един слой.За да се поставят пресичащите се в равнина челни части, те се огъват по различни повърхности (фиг. 2, б). Еднослойните намотки са направени с стъпка, равна на разделянето на полюсите (фиг. 2, а), или тази стъпка е равна средно на разделянето на полюсите за различни намотки от една и съща фаза, ако y> 1, y< 1… В наши дни двуслойните намотки са по-често срещани.

Началото и краят на всяка от трите фази на намотката се показват на панела на машината, където има шест скоби (фиг. 3). Три линейни проводника от трифазна мрежа са свързани към горните клеми C1, C2, SZ (началото на фазите). Долните скоби С4, С5, С6 (краищата на фазите) или са свързани към една точка с два хоризонтални джъмпера, или всяка от тези скоби е свързана с вертикален джъмпер с горната скоба, лежаща над него.

В първия случай трите фази на статора образуват звездна връзка, във втория — делта връзка. Ако например една фаза на статора е проектирана за напрежение 220 V, тогава линейното напрежение на мрежата, към която е свързан двигателят, трябва да бъде 220 V, ако статорът е включен с триъгълник; когато е включен със звезда, линейното напрежение на мрежата трябва да бъде

Когато статорът е свързан в звезда, неутралният проводник не се захранва, тъй като двигателят е симетричен товар за мрежата.

Роторът на асинхронна машина е изработен от щамповани листове от изолирана електрическа стомана върху вал или върху специална носеща конструкция. Радиалният просвет между статора и ротора е възможно най -малък, за да се осигури ниско съпротивление по пътя на магнитния поток, проникващ в двете части на машината.

Най -малкият пропуск, разрешен от технологичните изисквания, е от десети от милиметъра до няколко милиметра, в зависимост от мощността и размерите на машината. Проводниците на намотката на ротора са разположени в процепите по протежение на образуващата ротора директно на нейната повърхност, за да се осигури най -голяма връзка на намотката на ротора с въртящото се поле.

Асинхронните машини се произвеждат както с фазов, така и с ротор с катеричка.

Ориз. 4. Фазов ротор

Фазовият ротор обикновено има трифазна намотка, направена като намотка на статор, със същия брой полюси. Намотката е свързана в звезда или триъгълник; трите края на намотката се извеждат към три изолирани плъзгащи пръстена, които се въртят с вала на машината. Чрез четки, монтирани на неподвижната част на машината и плъзгащи се по плъзгащите пръстени, трифазен стартиращ или регулиращ реостат е свързан към ротора, т.е., във всяка фаза на ротора се въвежда активно съпротивление. Външният изглед на фазовия ротор е показан на фиг. 4, три плъзгащи пръстена се виждат в левия край на вала. Асинхронни двигатели с навит ротор се използват там, където се изисква плавно регулиране на скоростта на задвижвания механизъм, както и при чести стартирания на двигателя под товар.

Дизайнът на ротора на катерица е много по -прост от този на фазов ротор. За един от дизайните на фиг. 5, а показва формата на листовете, от които е сглобена сърцевината на ротора. В този случай отворите близо до външната обиколка на всеки лист образуват надлъжни канали в сърцевината. В тези канали се излива алуминий, след втвърдяването му в ротора се образуват надлъжни проводими пръти. В двата края на ротора едновременно се отливат алуминиеви пръстени, които късо съединяват алуминиевите пръти. Получената проводима система обикновено се нарича клетка на катерица.

Ориз. 5. Ротор на клетка катерица

Ротор на клетка е показан на фиг. 5 Б. В краищата на ротора се виждат вентилационни остриета, хвърлени едновременно с късо съединяващи се пръстени. В този случай слотовете са скосени от едно разделение по ротора. Клетката на катерицата е проста, няма плъзгащи се контакти, поради което трифазните асинхронни двигатели с катеричка са най-евтините, най-простите и най-надеждните; те са най -често срещаните.