Περιελίξεις στάτορα και ρότορα ηλεκτρικών μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος

Περιέλιξη ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής) — ένα σύνολο πηνίων ή πηνίων που βρίσκονται με συγκεκριμένο τρόπο και συνδέονται, σχεδιασμένα για τη δημιουργία ή τη χρήση μαγνητικού πεδίου ή για τη λήψη μιας δεδομένης τιμής αντίστασης ενός ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής). ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής) — πηνίο ηλεκτρικού προϊόντος (συσκευής) ή τμήματος αυτού, κατασκευασμένο ως ξεχωριστή δομική μονάδα (GOST 18311-80).

Το άρθρο μιλά για τη συσκευή των περιελίξεων του στάτορα και του ρότορα των ηλεκτρικών μηχανών με εναλλασσόμενο ρεύμα.

Χωρική διάταξη των περιελίξεων του στάτορα:

Ρότορας κλουβιού σκίουρου:

Ένας στάτορας με δώδεκα σχισμές, σε καθεμία από τις οποίες τοποθετείται ένα καλώδιο, φαίνεται σχηματικά στο σχ. 1, α. Οι συνδέσεις μεταξύ των κλώνων αγωγών υποδεικνύονται μόνο για μία από τις τρεις φάσεις. Η αρχή των φάσεων Α, Β, Γ του πηνίου σημειώνονται με C1, C2, C3. άκρα — C4, C5, C6.Τα μέρη του πηνίου που τοποθετούνται στα κανάλια (το ενεργό μέρος του πηνίου) φαίνονται συμβατικά με τη μορφή ράβδων και οι συνδέσεις μεταξύ των συρμάτων στις αυλακώσεις (ακραίες συνδέσεις) εμφανίζονται ως συμπαγής γραμμή.

Ο πυρήνας του στάτορα έχει το σχήμα ενός κοίλου κυλίνδρου, ο οποίος είναι μια στοίβα ή μια σειρά στοίβων (που χωρίζονται με αγωγούς αερισμού) από φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα. Σε μηχανές μικρού και μεσαίου μεγέθους, κάθε φύλλο σφραγίζεται με τη μορφή δακτυλίου με αυλακώσεις κατά μήκος της εσωτερικής περιφέρειας. Στο σχ. 1, b, δίνεται ένα φύλλο στάτορα με αυλακώσεις μιας από τις χρησιμοποιούμενες μορφές.

Ρύζι. 1. Η θέση της περιέλιξης στις υποδοχές του στάτορα και η κατανομή των ρευμάτων στα καλώδια

Ας είναι μέγιστη η στιγμιαία τιμή του ρεύματος iA της πρώτης φάσης σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή και το ρεύμα κατευθύνεται από την αρχή της φάσης C1 έως το τέλος της C4. Αυτό το ρεύμα θα το θεωρήσουμε θετικό.

Προσδιορίζοντας τα στιγμιαία ρεύματα στις φάσεις ως προβολή των περιστρεφόμενων διανυσμάτων στον σταθερό άξονα ΟΝ (Εικ. 1, γ), παίρνουμε ότι τα ρεύματα των φάσεων Β και Γ σε μια δεδομένη στιγμή είναι αρνητικά, δηλαδή κατευθύνονται από το τέλος των φάσεων μέχρι την αρχή.

Ας το ανιχνεύσουμε στο σχ. 1δ ο σχηματισμός ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Την επίμαχη στιγμή το ρεύμα της φάσης Α κατευθύνεται από την αρχή μέχρι το τέλος, δηλαδή αν στα καλώδια 1 και 7 μας αφήνει έξω από το επίπεδο του σχεδίου, τότε στα σύρματα 4 και 10 πηγαίνει πίσω από το επίπεδο του σχεδίου σε εμάς (βλ. Εικ. 1, α και δ).

Στη φάση Β, το ρεύμα σε αυτό το χρονικό σημείο περνά από το τέλος της φάσης στην αρχή της.Συνδέοντας τα καλώδια της δεύτερης φάσης σύμφωνα με το δείγμα της πρώτης, μπορεί να ληφθεί ότι το ρεύμα της φάσης Β διέρχεται από τα καλώδια 12, 9, 6, 3. Ταυτόχρονα, μέσω των καλωδίων 12 και 6, το ρεύμα μας αφήνει έξω από το επίπεδο του σχεδίου και μέσω των καλωδίων 9 και 3 - σε εμάς. Λαμβάνουμε μια εικόνα της κατανομής των ρευμάτων στη φάση Γ χρησιμοποιώντας το δείγμα από τη φάση Β.

Οι κατευθύνσεις των ρευμάτων δίνονται στο σχ. 1, d; Οι διακεκομμένες γραμμές δείχνουν τις γραμμές μαγνητικού πεδίου που δημιουργούνται από τα ρεύματα του στάτη. οι κατευθύνσεις των γραμμών καθορίζονται από τον κανόνα της δεξιάς βίδας. Από το σχήμα φαίνεται ότι τα σύρματα σχηματίζουν τέσσερις ομάδες με τις ίδιες κατευθύνσεις ρεύματος και ο αριθμός των πόλων 2p του μαγνητικού συστήματος είναι τέσσερις. Οι περιοχές του στάτορα όπου οι μαγνητικές γραμμές εξέρχονται από τον στάτορα είναι οι βόρειοι πόλοι και οι περιοχές όπου οι μαγνητικές γραμμές εισέρχονται στον στάτορα είναι οι νότιοι πόλοι. Ένα τόξο ενός κύκλου στάτορα που καταλαμβάνεται από έναν πόλο ονομάζεται διαχωρισμός πόλων.

Το μαγνητικό πεδίο σε διαφορετικά σημεία της περιφέρειας του στάτορα είναι διαφορετικό. Το σχέδιο κατανομής του μαγνητικού πεδίου κατά μήκος της περιφέρειας του στάτορα επαναλαμβάνεται περιοδικά σε κάθε διαχωρισμό δύο πόλων. Η γωνία τόξου 2 λαμβάνεται ως 360 ηλεκτρικές μοίρες. Δεδομένου ότι υπάρχουν p διπολικές διαιρέσεις γύρω από την περιφέρεια του στάτορα, 360 γεωμετρικές μοίρες ισούνται με 360 p ηλεκτρικές μοίρες και μία γεωμετρική μοίρα ισούται με p ηλεκτρικές μοίρες.

Στο σχ. Το 1d δείχνει τις μαγνητικές γραμμές για μια ορισμένη σταθερή χρονική στιγμή. Αν κοιτάξουμε την εικόνα του μαγνητικού πεδίου για πολλές διαδοχικές χρονικές στιγμές, μπορούμε να βεβαιωθούμε ότι το πεδίο περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα.

Ας βρούμε την ταχύτητα περιστροφής του πεδίου.Μετά από χρόνο ίσο με τη μισή περίοδο του εναλλασσόμενου ρεύματος, οι κατευθύνσεις όλων των ρευμάτων αντιστρέφονται, λόγω του οποίου αντιστρέφονται οι μαγνητικοί πόλοι, δηλαδή στη μισή περίοδο που το μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται κατά κλάσμα περιστροφής. Η ταχύτητα περιστροφής του μαγνητικού πεδίου του στάτορα, δηλαδή η σύγχρονη ταχύτητα, είναι (σε ​​στροφές ανά λεπτό)

Ο αριθμός p των ζευγών πόλων μπορεί να είναι μόνο ακέραιος, επομένως σε συχνότητα, για παράδειγμα, 50 Hz, η σύγχρονη ταχύτητα μπορεί να είναι ίση με 3000. 1500; 1000 στροφές κ.λπ.

Ρύζι. 2. Αναλυτικό διάγραμμα τριφασικής μονοστρωματικής περιέλιξης

Οι περιελίξεις μιας μηχανής εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες:

1) καρούλι σε καρούλι?

2) πυρήνας?

3) ειδική?

Τα ειδικά πηνία περιλαμβάνουν:

α) βραχυκύκλωμα με τη μορφή κλωβού σκίουρου·

β) περιέλιξη ασύγχρονου κινητήρα με μεταγωγή σε διαφορετικό αριθμό πόλων.

γ) περιέλιξη ασύγχρονου κινητήρα με αντι-συνδέσεις κ.λπ.

Εκτός από την παραπάνω διαίρεση, τα πηνία διαφέρουν σε μια σειρά από άλλα χαρακτηριστικά, και συγκεκριμένα:

1) από τη φύση της εκτέλεσης — χειροκίνητο, με μοτίβο και ημι-μοτίβο.

2) κατά θέση στην αυλάκωση - μονής στρώσης και δύο στρώσεων.

3) από τον αριθμό των σχισμών ανά πόλο και φάση — περιελίξεις με ακέραιο q σχισμές ανά πόλο και φάση και περιελίξεις με κλασματικό αριθμό q.

Ένα πηνίο είναι ένα κύκλωμα που σχηματίζεται από δύο καλώδια συνδεδεμένα σε σειρά. Ένα τμήμα ή τύλιγμα είναι μια σειρά στροφών που συνδέονται σε σειρά, που βρίσκονται σε δύο υποδοχές και με κοινή μόνωση από το σώμα.

Το τμήμα έχει δύο ενεργές πλευρές. Η αριστερή ενεργή πλευρά ονομάζεται αρχή του τμήματος (πηνίο) και η δεξιά πλευρά ονομάζεται τέλος του τμήματος. Η απόσταση μεταξύ των ενεργών πλευρών του τμήματος ονομάζεται βήμα διατομής. Μπορεί να μετρηθεί είτε με τον αριθμό των οδόντων είτε σε τμήματα των διαιρέσεων των πόλων.

Το βήμα του τμήματος λέγεται διαμετρικό αν είναι ίσο με τη διαίρεση του πόλου και κολοβό αν είναι μικρότερο από το τμήμα του πόλου, αφού το βήμα του τμήματος δεν είναι μεγαλύτερο από το τμήμα του πόλου.

Μια χαρακτηριστική ποσότητα που καθορίζει τη λειτουργία του πηνίου είναι ο αριθμός των σχισμών ανά πόλο και φάση, δηλ. ο αριθμός των σχισμών που καταλαμβάνει η περιέλιξη κάθε φάσης εντός ενός τμήματος πόλου:

όπου z είναι ο αριθμός των υποδοχών του στάτη.

Το πηνίο που φαίνεται στο σχ. 1, α, έχει τα ακόλουθα δεδομένα:

Ακόμη και για αυτό το απλούστερο πηνίο, το χωρικό σχέδιο των καλωδίων και οι συνδέσεις τους αποδεικνύεται περίπλοκο, επομένως αντικαθίσταται συνήθως από ένα διευρυμένο διάγραμμα, όπου τα καλώδια περιέλιξης δεν απεικονίζονται σε μια κυλινδρική επιφάνεια, αλλά σε ένα επίπεδο (κυλινδρικό επιφάνεια με αυλακώσεις και ένα πηνίο «ξεδιπλώνεται» σε ένα επίπεδο). Στο σχ. 2 είναι ένα λεπτομερές διάγραμμα της εξεταζόμενης περιέλιξης του στάτορα.

Στο προηγούμενο σχήμα, για λόγους απλότητας, φάνηκε ότι μέρος της φάσης Α της περιέλιξης που τοποθετείται στις υποδοχές 1 και 4 αποτελείται από δύο μόνο σύρματα, δηλαδή μια στροφή. Στην πραγματικότητα, κάθε τέτοιο τμήμα της περιέλιξης που πέφτει σε έναν πόλο αποτελείται από w στροφές, δηλαδή σε κάθε ζεύγος αυλακώσεων τοποθετούνται σύρματα, συνδυασμένα σε μία περιέλιξη. Επομένως, κατά την παράκαμψη σύμφωνα με το εκτεταμένο σχήμα, για παράδειγμα, τη φάση Α της σχισμής 1, είναι απαραίτητο να παρακάμψετε τις σχισμές 1 και 4 w φορές πριν μετακινηθείτε στη σχισμή 7. Η απόσταση μεταξύ των πλευρών της στροφής ενός βήματος περιέλιξης ή περιέλιξης , το y φαίνεται στο σχ. 1, d; συνήθως εκφράζεται ως προς τον αριθμό των καναλιών.

Ρύζι. 3. Ασύγχρονη θωράκιση μηχανής

Εμφανίζεται στο σχ.1 και 2, η περιέλιξη του στάτορα ονομάζεται μονής στρώσης, καθώς ταιριάζει σε κάθε αυλάκωση σε ένα στρώμα. Για να τοποθετηθούν τα τεμνόμενα μπροστινά μέρη σε ένα επίπεδο, κάμπτονται σε διαφορετικές επιφάνειες (Εικ. 2, β). Οι περιελίξεις μονής στρώσης γίνονται με ένα βήμα ίσο με το διαχωρισμό των πόλων (Εικ. 2, α) ή αυτό το βήμα είναι ίσο κατά μέσο όρο με το διαχωρισμό των πόλων για διαφορετικές περιελίξεις της ίδιας φάσης, εάν y> 1, y< 1... Στις μέρες μας τα πηνία διπλής στρώσης είναι πιο συνηθισμένα.

Η αρχή και το τέλος κάθε μιας από τις τρεις φάσεις της περιέλιξης υποδεικνύονται στον πίνακα του μηχανήματος, όπου υπάρχουν έξι σφιγκτήρες (Εικ. 3). Τρία γραμμικά καλώδια ενός τριφασικού δικτύου συνδέονται στους άνω ακροδέκτες C1, C2, SZ (η αρχή των φάσεων). Οι κάτω σφιγκτήρες C4, C5, C6 (τα άκρα των φάσεων) είτε συνδέονται σε ένα σημείο με δύο οριζόντιους βραχυκυκλωτήρες, είτε καθένας από αυτούς τους σφιγκτήρες συνδέεται με έναν κατακόρυφο βραχυκυκλωτήρα με τον επάνω σφιγκτήρα να βρίσκεται από πάνω του.

Στην πρώτη περίπτωση, οι τρεις φάσεις του στάτορα σχηματίζουν μια σύνδεση αστεριού, στη δεύτερη - μια σύνδεση δέλτα. Εάν, για παράδειγμα, μια φάση του στάτορα έχει σχεδιαστεί για τάση 220 V, τότε η τάση γραμμής του δικτύου στο οποίο είναι συνδεδεμένος ο κινητήρας πρέπει να είναι 220 V, εάν ο στάτορας είναι συνδεδεμένος με τρίγωνο. όταν συνδέεται με ένα αστέρι, η τάση γραμμής δικτύου πρέπει να είναι

Όταν ο στάτορας είναι συνδεδεμένος σε αστέρι, το ουδέτερο καλώδιο δεν ενεργοποιείται επειδή ο κινητήρας είναι ένα συμμετρικό φορτίο στο δίκτυο.

Ο ρότορας μιας επαγωγικής μηχανής είναι κατασκευασμένος από σταμπωτά φύλλα μονωμένου ηλεκτρικού χάλυβα σε έναν άξονα ή σε μια ειδική κατασκευή στήριξης. Το ακτινικό διάκενο μεταξύ του στάτορα και του ρότορα είναι όσο το δυνατόν μικρότερο για να εξασφαλιστεί χαμηλή αντίσταση στη διαδρομή της μαγνητικής ροής που διεισδύει και στα δύο μέρη του μηχανήματος.

Το μικρότερο κενό που επιτρέπουν οι τεχνολογικές απαιτήσεις είναι από ένα δέκατο του χιλιοστού έως αρκετά χιλιοστά, ανάλογα με την ισχύ και τις διαστάσεις του μηχανήματος. Οι αγωγοί της περιέλιξης του ρότορα βρίσκονται στις εγκοπές κατά μήκος του ρότορα που σχηματίζονται απευθείας στην επιφάνειά του για να εξασφαλίσουν τη μεγαλύτερη επαφή της περιέλιξης του ρότορα με το περιστρεφόμενο πεδίο.

Οι επαγωγικές μηχανές κατασκευάζονται τόσο με ρότορες φάσης όσο και με ρότορες κλωβού σκίουρου.

Ρύζι. 4. Ρότορας φάσης

Ένας ρότορας φάσης έχει συνήθως μια τριφασική περιέλιξη, κατασκευασμένη σαν περιέλιξη στάτορα, με τον ίδιο αριθμό πόλων. Η περιέλιξη συνδέεται σε αστέρι ή δέλτα. Τα τρία άκρα του πηνίου οδηγούνται σε τρεις μονωμένους δακτυλίους ολίσθησης που περιστρέφονται με τον άξονα της μηχανής. Μέσω βουρτσών που είναι τοποθετημένες στο ακίνητο μέρος της μηχανής και ολισθαίνοντας σε δακτυλίους ολίσθησης, ένας τριφασικός ρεοστάτης εκκίνησης ή ρύθμισης συνδέεται με τον ρότορα, δηλαδή, μια ενεργή αντίσταση εισάγεται σε κάθε φάση του ρότορα. Η εξωτερική όψη του ρότορα φάσης φαίνεται στο σχ. 4, τρεις δακτύλιοι ολίσθησης είναι ορατοί στο αριστερό άκρο του άξονα. Ασύγχρονοι κινητήρες με περιελιγμένο ρότορα χρησιμοποιούνται όπου απαιτείται ομαλή ρύθμιση της ταχύτητας του μηχανισμού μετάδοσης κίνησης, καθώς και σε συχνές εκκινήσεις του κινητήρα υπό φορτίο.

Ο σχεδιασμός ενός ρότορα κλωβού σκίουρου είναι πολύ πιο απλός από αυτόν ενός ρότορα φάσης. Για ένα από τα σχέδια στο ΣΧ. Το σχήμα 5α δείχνει το σχήμα των φύλλων από τα οποία συναρμολογείται ο πυρήνας του ρότορα. Σε αυτή την περίπτωση, οπές κοντά στην εξωτερική περιφέρεια κάθε φύλλου σχηματίζουν διαμήκη κανάλια στον πυρήνα. Σε αυτά τα κανάλια χύνεται αλουμίνιο, μετά τη στερεοποίησή του, σχηματίζονται διαμήκεις αγώγιμες ράβδοι στον ρότορα.Και στα δύο άκρα του ρότορα, χυτεύονται ταυτόχρονα δακτύλιοι αλουμινίου, οι οποίοι βραχυκυκλώνουν τις ράβδους αλουμινίου. Το προκύπτον αγώγιμο σύστημα ονομάζεται συνήθως κυψέλη σκίουρου.

Ρύζι. 5. Ρότορας κυψέλης σκίουρου

Ένας ρότορας κλωβού φαίνεται στο σχ. 5 B. Στα άκρα του ρότορα, φαίνονται λεπίδες εξαερισμού χυτές ταυτόχρονα με βραχυκυκλωμένους δακτυλίους. Σε αυτή την περίπτωση, οι εγκοπές είναι λοξοτμημένες κατά ένα τμήμα κατά μήκος του ρότορα. Ο κλωβός σκίουρου είναι απλός, δεν υπάρχουν συρόμενες επαφές, επομένως οι τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες κλωβού σκίουρου είναι οι φθηνότεροι, απλούστεροι και πιο αξιόπιστοι. είναι τα πιο κοινά.