Из чего состоит статор электродвигателя?

Cтатор в разных типах электродвигателей

Статор – это неотъемлемый узел электрической машины, сохраняющий неподвижное состояние во время работы двигателя. Ротор – вращающаяся часть электрического мотора, передающая механическую энергию на выходной вал. Другое название ротора – якорь.

Синхронный или коллекторный двигатель

Электрический ток на ламели коллектора передается графитовыми щетками. Такой электродвигатель будет работать, как в сети постоянного, так и переменного тока. Пульсирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора, будет взаимодействовать с пульсирующим магнитным полем, генерируемым обмотками якоря. Ротор станет вращаться. Подобные электродвигатели широко применяются в различных бытовых и промышленных приборах: электродрелях, пылесосах, силовых приводах станков, электротранспорте.

Интересно. Двигатели такого типа имеют еще одно название – синхронные. Это означает, что скорость вращения ротора равна скорости вращения электромагнитного поля, возникающего в двигателе.

Асинхронные двигатели

Подавляющее количество электромоторов, применяющихся и в промышленности, и в быту, – это асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами. Такие двигатели применяются в трехфазных и однофазных сетях переменного тока.

Асинхронный двигатель

Статорная конструкция собирается из большого количества стальных пластин и расположена в корпусе основания, отлитом из немагнитных металлов: чугуна или алюминия.

Наборный статор двигателя

Материал пластин – электротехническая сталь. Пластины изолированы друг от друга специальным диэлектрическим лаком. В статоре имеются продольные пазы, где размещаются три обмотки, сдвинутые относительно оси вращения электромотора на 120 градусов друг от друга. Ротор также набирается из изолированных пластин электротехнической стали. В пазы ротора уложены стержни из алюминия, реже меди, соединенные по торцам контактными кольцами. Отсюда и название – короткозамкнутый ротор. Такая конструкция, называемая «беличьим колесом», играет роль обмотки ротора.

Ниже представлен вид асинхронного электродвигателя в разрезе. Хорошо видно, что такое наборный статор.

Разрез асинхронного двигателя

Обмотки двигателя могут подключаться к трехфазной электрической сети по схеме «треугольник» или «звезда».

Варианты подключения трехфазного двигателя

Коммутация схемы производится в клеммной коробке двигателя, называемой борн или брно.

При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникают пульсирующие токи, которые вызывают появление в статоре вращающегося магнитного поля. Это поле пересекает токопроводящие стержни ротора, в которых индуцируются вторичные пульсирующие токи. Результатом становится появление магнитного поля в роторе. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют и заставляют вращаться стержни «беличьего колеса», вместе с тем и сам ротор. Якорь вращается со скоростью несколько меньшей, чем магнитное поле статора.

Величина этой разности называется скольжением и может составлять от 2 до 8 %. Из-за наличия скольжения двигатели подобной конструкции получили название – асинхронные. Эффект скольжения физически необходим для работы асинхронного двигателя – не будет отставания вращения ротора от магнитного поля статора, не будет индуцироваться ток в стержнях ротора, исчезнет магнитное поле в якоре, приводящее во вращение ротор.

Статор электродвигателей

Статор электродвигателей является неподвижной частью, внутри которой на подшипниках вращается ротор (якорь). Конструктивно статор состоит из станины и сердечника, зафиксированного внутри нее винтами. Станина представляет собой литой или сварной корпус, выполненный из чугуна или алюминия. Сердечник статора синхронных и асинхронных двигателей имеет цилиндрическую форму и формируется из профилированных листов электротехнической стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, предварительно отожженных и изолированных лаком. Между собой такие пластины скрепляются продольными швами или скобами таким образом, чтобы профильные вырезы образовывали продольные пазы, в которые укладывается обмотка, состоящая из ряда изолированных и параллельно соединенных проводников. Такая конструкция сердечника позволяет ослабить вихревые токи.
Статор двигателя постоянного тока большой и средней мощности называется индуктор и собирается из главных полюсов, сформированных из листов электротехнической стали, и монолитных добавочных полюсов. В ДПТ малой мощности функцию статора обычно выполняют постоянные магниты.

Обмотка статора электродвигателя: основные особенности

Взаимное расположение и количество групп обмоток статора синхронных и асинхронных двигателей зависит от их типа и необходимой частоты вращения ротора. Если в каждый паз помещается только одна сторона катушки одной фазы, то такая обмотка называется однослойной. В том случае, если в одном пазу размещаются две катушечные стороны, принадлежащие разным фазам, то обмотка называется двухслойной. В двигателях может быть различное число групп катушек, которые между собой соединяются последовательно. В трехфазных синхронных и асинхронных электродвигателях обмотки статора расположены с шагом 120°, что позволяет создать вращающееся магнитное поле. В зависимости от величины питающего напряжения обмотки статора соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».

В однофазных двигателях имеются две группы обмоток, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 90°. Сдвиг фаз осуществляется благодаря конденсаторам, установленным параллельно одной из обмоток.

В зависимости от условий эксплуатации для выполнения обмоток статора используются провода с различной термической стойкостью изоляции:

Оригинал статьи размещен на нашем сайте cable.ru

.

Если этот материал был для Вас полезным, поделитесь

им в социальных сетях!

А для того, чтобы не пропустить выход новых статей, ставьте «лайк»

и
подписывайтесь
на наш канал:
Кабель.РФ: всё об электрике
.

Источник

Материал для статоров

Принцип работы электродвигателя

Статорные и роторные узлы набираются из изолированных пластин электротехнической стали толщиной от 0,2 до 0,5 мм. В такой стали присутствует повышенное количество кремния (3-4,5 %). В результате сплав получает повышенное электрическое сопротивление и улучшенные магнитные характеристики. Малая толщина пластин и высокое удельное сопротивление существенно снижают паразитные вихревые токи Фуко в статоре и роторе. Это позволяет уменьшить нагрев узлов и деталей электродвигателя, повысить его электрический КПД.

Ротор элетродвигателя

В электродвигателях используются так называемые «беличьи колеса» (короткозамкнутые роторы), конструкция которых напоминает барабаны для белок.

При вращении статора магнитное поле движется перпендикулярно обмоткам проводников ротора; появляется ток. Этот ток циркулирует по обмоткам проводников и создаёт магнитные поля вокруг каждого проводника ротора. Так как магнитное поле в статоре постоянно меняется, меняется и поле в роторе. Это взаимодействие и вызывает движение ротора. Как и статор, ротор изготовлен из пластин электротехнической стали. Но, в отличие от статора, с обмотками из медной проволоки, обмотки ротора выполнены из литого алюминия или силумина, которые выполняют роль проводников.

Читать также: Для чего нужен флюс при пайке

Технология перемотки статора

Ротор — что это такое

Индикаторами нештатной работы электромотора являются:

• Снижение мощности;
• Повышенный нагрев корпуса;
• «Пробивание» напряжения на массу.

В таком случае следует провести диагностику неисправности статора. Необходимо определить, как проверить статор на межвитковое замыкание мультиметром. Величина сопротивления обмоток указана в справочной литературе на конкретный двигатель. Проверив мультиметром сопротивление каждой из обмоток, можно определить дефектную. После чего необходимо перемотать одну или все обмотки статора.

Основные операции:

• Удаление из пазов статора старых обмоток;
• Очищение пазов от остатков старой электро,- и термоизоляции;
• Установка новой изоляции в пазах статора;
• Укладка новых обмоток;
• Пропитка обмоток диэлектрическим лаком и его сушка;
• Проверка электрических параметров новых обмоток статора.

При правильно проведенном ремонте электромотор восстановит свои первоначальные характеристики.

Устройство статора

1. Корпус. Должен изготавливаться из немагнитного материала – чугуна или алюминия. Если размеры двигателя велики, при изготовлении корпуса применяют сварку. Двигателям этого типа свойственно воздушное охлаждение. Для повышения теплоотдачи на поверхности корпуса располагаются ребра. Подшипниковые щиты, кожух вентилятора и клеммную коробку тоже устанавливают снаружи. Лапы или фланцы на корпусе двигателя служат для его крепления.
2. Сердечник. Его набирают из пластин, изготовленных из электротехнической стали толщиной порядка 0,5 мм. Благодаря этому уменьшаются вихревые токи. Собранные в пакеты пластины сердечника скрепляются скобами или швами и покрываются несколькими слоями изоляционного лака. Сердечник закрепляют в станине с помощью стопорных болтов.
3. Обмотки статора. Сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов обмотки (обычно 3 штуки), вкладываются в пазы на внутренней стороне сердечника. Их изготавливают в основном из изолированного медного, а временами и алюминиевого провода круглого или квадратного сечения. Электромотор подключают к трехфазной сети через клеммную коробку, на которую выводятся концы обмоток.

Есть два способа соединения обмоток в статорах:

• звездой, когда концы всех обмоток соединяются в одной точке для подключения двигателя в сеть 380В;
• треугольником, когда обмотки соединяются последовательно в замкнутый контур для подключения двигателя в сеть 220В.

Следует иметь в виду, что на корпусе каждого конкретного двигателя закреплена табличка, на которой указываются его рабочие напряжения. Треугольником подключают наименьшее из указанных напряжений, а звездой – наибольшее. При нарушении этого правила обмотки статора довольно быстро перегорят, и мотор придется ремонтировать.

Итак, зная устройство и принцип работы статора асинхронного двигателя и принимая во внимание все, изложенное выше, вы сможете сделать правильный выбор при приобретении электромотора.

Источник

Проверка якоря коллекторного двигателя

Принцип работы синхронного генератора

У якоря коллекторного электродвигателя надо проверять два основных типа неисправностей:

1. Механические;
2. Электрические.

На заметку. К механическим неисправностям, как правило, относится выработка ресурса подшипников. Появляются сильный шум при работе двигателя, нагрев подшипников, продольный и радиальный люфт якоря.

Электрические неисправности включают в себя:

• Обрыв провода в обмотке;
• Межвитковое замыкание;
• Пробой обмотки на корпус якоря и самого мотора;
• Износ контактных ламелей коллектора.

Следует рассмотреть, как проверить якорь на межвитковое замыкание. Сделать это удобно с помощью цифрового мультиметра либо, при его отсутствии, стрелочным тестером.

Электронный мультиметр

Как прозвонить якорь? Следует поочередно измерять сопротивление обмоток якоря, касаясь щупами мультиметра противоположных ламелей коллектора. Значительное отклонение величины сопротивления позволит узнать неисправную обмотку. Пробой на корпус проверяется мультиметром в диапазоне сопротивления 20 кОм. Один щуп присоединяется к валу ротора, другим поочередно касаются ламелей коллектора. Прибор должен показывать состояние «разрыв». По показанию мультиметра менее 20 кОм можно узнавать о неисправности обмотки, и, следовательно, необходимости ремонта якоря.

Проверка исправности статора

Некоторых новичков все чаще волнует вопрос о том, как можно проверить, в рабочем ли состоянии находятся все детали генератора. Для этого понадобится специальное небольшое оборудование в виде мультиметра (в народе просто цешка). Можно использовать автотестер либо другой прибор, у которого есть режим омметра. В крайнем случае подойдет лампочка напряжением 12 В с припаянными к ней проводами.

Для начала стоит снять генератор с автомобиля и разобрать его. В зависимости от марки машины могут быть трудности, поскольку на некоторых моделях бренда Lexus источник тока находится в труднодоступном месте. Добравшись до статора и сняв его, необходимо провести чистку от грязи. Далее можно переходить к самой проверке.

Ремонт электродвигателей

Проведение ремонта электродвигателей, такого, как перемотка статора или ротора, – операция ответственная и кропотливая. Необходимы определенные знания и навыки работы, опыт. Проще всего производится устранение механических неисправностей, обычно это замена подшипников и восстановление геометрии коллектора либо его полная замена. Также бывает необходимо поменять стесанные графитовые щетки, подающие ток на обмотки якоря.

При ремонте электрической части двигателя потребуются специальные материалы, обмоточный провод нужной марки, специальные инструменты и оснастка. Если речь идет о ремонте ограниченного количества электродвигателей, то лучше обратиться в специализированное ремонтное предприятие. Это целесообразно, как с точки зрения качества ремонта, так и экономики.

Для проведения ремонтных работ в больших количествах необходимо создать профильный участок ремонта, подобрать персонал, содержать определенное количество оборудования, материалов и комплектующих, иметь справочную литературу.

Теплоизоляция статора

Электродвигатель при работе подвержен достаточно сильному нагреву – до 100-145 0С. Для сохранения работоспособности, защиты деталей и узлов от перегрева на валу двигателя имеется крыльчатка вентилятора, производящая обдув ротора и статора. Кроме того, для защиты обмоток статора применяются различные термоизолирующие материалы, такие как:

• Прокладки на базе компонентов из слюды и специальных картонов;
• Термоизолирующие материалы из стеклоткани;
• Термостойкие пропиточные лаки.

Правильное технологическое применение таких теплоизоляционных компонентов обеспечивает долгую надежную и бесперебойную работу электродвигателей.

Принцип работы электродвигателя

Подробное описание принципа работы электродвигателей разных типов:

Защита статора тепловым реле

В процессе эксплуатации электродвигатель может потреблять повышенный ток из сети и испытывать сильный нагрев. Причины могут быть разные, например, слишком большая нагрузка на валу, частые включения и выключения мотора, повышенная температура окружающей среды. Такие нештатные режимы работы могут привести к перегреву статорных обмоток и выходу их из строя. Для предотвращения повреждения электродвигателя в статорной системе устанавливается один или два биметаллических тепловых реле – это термовыключатели, называемые кликсонами.

Термовыключатель кликсон

При повышении температуры статора выше положенного значения происходит размыкание биметаллического контакта кликсона. Термовыключатель размыкает цепь питания катушки управления силовым контактором, который подает напряжение на электромотор. Контактор отключает электромотор от силовой электросети. Дальнейшее включение контактора и, следовательно, электродвигателя возможно лишь после охлаждения обмоток статора и замыкания биметаллической пары термовыключателя.

Основные параметры электродвигателя

• Момент электродвигателя
• Мощность электродвигателя
• Коэффициент полезного действия
• Номинальная частота вращения

• Момент инерции ротора
• Номинальное напряжение
• Электрическая постоянная времени
• Механическая характеристика

Момент электродвигателя

Вращающий момент (синонимы: вращательный момент, крутящий момент, момент силы) — векторная физическая величина, равная произведению радиус вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы.

,

• где M – вращающий момент, Нм,
• F – сила, Н,
• r – радиус-вектор, м

,

• где Pном – номинальная мощность двигателя, Вт,
• nном — номинальная частота вращения, мин -1 [4]

Начальный пусковой момент — момент электродвигателя при пуске.

1 oz = 1/16 lb = 0,2780139 N (Н) 1 lb = 4,448222 N (Н)

момент измеряется в унция-сила на дюйм (oz∙in) или фунт-сила на дюйм (lb∙in)

1 oz∙in = 0,007062 Nm (Нм) 1 lb∙in = 0,112985 Nm (Нм)

Мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя — это полезная механическая мощность на валу электродвигателя.

Механическая мощность

Мощность — физическая величина, показывающая какую работу механизм совершает в единицу времени.

,

• где P – мощность, Вт,
• A – работа, Дж,
• t — время, с

Работа — скалярная физическая величина, равная произведению проекции силы на направление F и пути s, проходимого точкой приложения силы [2].

,

• где s – расстояние, м

Для вращательного движения

,

• где – угол, рад,

,

• где – углавая скорость, рад/с,

Таким образом можно вычислить значение механической мощности на валу вращающегося электродвигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя — характеристика эффективности машины в отношении преобразования электрической энергии в механическую.

,

• где – коэффициент полезного действия электродвигателя,
• P1 — подведенная мощность (электрическая), Вт,
• P2 — полезная мощность (механическая), Вт

При этом потери в электродвигатели
обусловлены:
• электрическими потерями — в виде тепла в результате нагрева проводников с током;
• магнитными потерями — потери на перемагничивание сердечника: потери на вихревые токи, на гистерезис и на магнитное последействие;
• механическими потерями — потери на трение в подшипниках, на вентиляцию, на щетках (при их наличии);
• дополнительными потерями — потери вызванные высшими гармониками магнитных полей, возникающих из-за зубчатого строения статора, ротора и наличия высших гармоник магнитодвижущей силы обмоток.

КПД электродвигателя может варьироваться от 10 до 99% в зависимости от типа и конструкции.

Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission) определяет требования к эффективности электродвигателей. Согласно стандарту IEC 60034-31:2010 определено четыре класса эффективности для синхронных и асинхронных электродвигателей: IE1, IE2, IE3 и IE4.

Частота вращения

• где n — частота вращения электродвигателя, об/мин

Момент инерции ротора

Момент инерции — скалярная физическая величина, являющаяся мерой инертности тела во вращательном движении вокруг оси, равна сумме произведений масс материальных точек на квадраты их расстояний от оси

,

• где J – момент инерции, кг∙м 2 ,
• m — масса, кг

1 oz∙in∙s 2 = 0,007062 kg∙m 2 (кг∙м 2 )

Момент инерции связан с моментом силы следующим соотношением

,

• где – угловое ускорение, с -2 [2]

,

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение (англ. rated voltage) — напряжение на которое спроектирована сеть или оборудование и к которому относят их рабочие характеристики [3].

Электрическая постоянная времени

Электрическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое ток достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где – постоянная времени, с

Механическая характеристика

Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения вала от электромагнитного момента при неизменном напряжении питания.

Двигатели, применяемые в промышленности

В промышленности успешно применяются оба типа двигателей: и асинхронные с короткозамкнутым ротором, и синхронные коллекторные.

Первый тип устройств имеет важные достоинства:

• Низкая цена;
• Надежность и долговечность;
• Простота эксплуатации.

Имеются и минусы:

• Невозможность плавного регулирования оборотов якоря;
• Невысокая скорость вращения – предел 3000 об./мин. в сетях с частотой 50Гц;
• Большие пусковые токи.

Однако достоинства этих изделий многократно превосходят их недостатки.

К сведению. Асинхронные двигатели применяются в тех устройствах, где требуются постоянные режимы работы промышленного или транспортного оборудования. Например, в приводах всевозможных насосов, ленточных транспортеров, в системах вентиляции, в подъемных механизмах. Ниша асинхронных электрических машин занимает 65-75 % от общего объема применяемых электромоторов.

Синхронные, коллекторные двигатели имеют свои достоинства:

• Возможность плавного бесступенчатого изменения скорости вращения;
• Большая мощность;
• Большая скорость вращения.

Недостатки, присущие коллекторным электромоторам:

• Относительно высокая стоимость;
• Скользящие контакты коллектора якоря, снижающие надежность эксплуатации и уменьшающие ресурс машины;
• Необходимость частого обслуживания.

Они применяются там, где необходимо плавное изменение угловых скоростей: это приводы станков, тяговые моторы электротранспорта, точные системы монтажа.

Оба типа двигателей находят массовое применение в промышленности и быту. Для их длительной и безотказной работы необходимо проведение регламентных работ, при необходимости и восстановительного ремонта, включающего перемотку обмоток статора и ротора.

Соединим статор и ротор. Что получится?

Таким образом, имеем асинхронный короткозамкнутый двигатель с ротором, в обмотке которого проходит электрический ток. Он и будет причиной возникновения магнитного поля вокруг якорной обмотки. Однако полярность этого потока будет отличаться от созданного статором. Соответственно, и сила, образуемая им, будет вступать в противодействие с той, которая вызвана магнитным полем первичной обмотки. Это и приведёт в движение ротор, так как на нём собрана вторичная катушка, и хвостовики вала якоря закреплены в корпусе двигателя на подшипниках.

Читать также: Световой датчик включения света

Рассмотрим ситуацию взаимодействия сил, возникающих от магнитных полей статора и ротора, с течением времени. Знаем, что магнитное поле первичной обмотки вращается и обладает определённой частотой. Созданная им сила будет перемещаться, имея аналогичную скорость. Это заставит асинхронный двигатель заработать. И его ротор будет свободно вращаться вокруг оси.