Statorové a rotorové vinutia elektrických strojov na striedavý prúd

Vinutie elektrického výrobku (zariadenia) — súbor cievok alebo cievok umiestnených určitým spôsobom a spojených, určených na vytvorenie alebo využitie magnetického poľa, alebo na získanie danej hodnoty odporu elektrického výrobku (zariadenia). Vinutá cievka elektrického výrobku (prístroja) — cievka elektrického výrobku (prístroja) alebo jeho časti, vyrobená ako samostatná konštrukčná jednotka (GOST 18311-80).

Článok hovorí o zariadení vinutia statora a rotora elektrických strojov so striedavým prúdom.

Priestorové usporiadanie vinutí statora:

Rotor vo veveričke:

Stator s dvanástimi štrbinami, z ktorých každý je položený jeden drôt, je schematicky znázornený na obr. 1, a. Spojenia medzi lankovými vodičmi sú označené len pre jednu z troch fáz; začiatok fáz A, B, C cievky je označený C1, C2, C3; konce — C4, C5, C6.Časti cievky uložené v kanáloch (aktívna časť cievky) sú zvyčajne znázornené vo forme tyčí a spojenia medzi drôtmi v drážkach (koncové spojenia) sú znázornené plnou čiarou.

Jadro statora má tvar dutého valca, čo je zväzok alebo séria zväzkov (oddelených vetracími kanálmi) vyrobených z plechov z elektroocele. Na malých a stredne veľkých strojoch je každý list vyrazený vo forme krúžku s drážkami po vnútornom obvode. Na obr. 1, b je uvedený statorový plech s drážkami jednej z použitých foriem.

Ryža. 1. Umiestnenie vinutia v štrbinách statora a rozloženie prúdov v drôtoch

Nech je okamžitá hodnota prúdu iA prvej fázy v určitom časovom bode maximálna a prúd smeruje od začiatku fázy C1 do jej konca C4. Tento prúd budeme považovať za pozitívny.

Určením okamžitých prúdov vo fázach ako projekcie rotujúcich vektorov na pevnú os ON (obr. 1, c) dostaneme, že prúdy fáz B a C sú v danom momente záporné, to znamená, že sú smerované od konca fáz po začiatok.

Pozrime si to na obr. 1d vytvorenie rotujúceho magnetického poľa. V danom momente je prúd fázy A nasmerovaný od svojho začiatku do konca, to znamená, že ak nás vo vodičoch 1 a 7 opustí mimo rovinu výkresu, potom vo vodičoch 4 a 10 ide za rovinu. výkresu k nám (pozri obr. 1, a a d).

Vo fáze B prúd v tomto časovom bode prechádza od konca fázy k jej začiatku.Pripojením vodičov druhej fázy podľa vzorky prvej je možné dosiahnuť, že prúd fázy B prechádza vodičmi 12, 9, 6, 3; súčasne cez vodiče 12 a 6 nás prúd opúšťa mimo rovinu výkresu a cez vodiče 9 a 3 - k nám. Pomocou vzorky z fázy B získame obraz rozloženia prúdov vo fáze C.

Smery prúdov sú uvedené na obr. 1, d; prerušované čiary znázorňujú magnetické siločiary generované statorovými prúdmi; smery čiar sú určené pravidlom pravej skrutky. Z obrázku je vidieť, že vodiče tvoria štyri skupiny s rovnakými smermi prúdu a počet 2p pólov magnetického systému je štyri. Oblasti statora, kde magnetické čiary opúšťajú stator, sú severné póly a oblasti, kde magnetické čiary vstupujú do statora, sú južné póly. Oblúk kružnice statora obsadený jedným pólom sa nazýva oddelenie pólov.

Magnetické pole v rôznych bodoch na obvode statora je rôzne. Vzor distribúcie magnetického poľa pozdĺž obvodu statora sa periodicky opakuje cez každé dvojpólové oddelenie.Uhol oblúka 2 je braný ako 360 elektrických stupňov. Pretože po obvode statora je p dvojpólových delení, 360 geometrických stupňov sa rovná 360p elektrickým stupňom a jeden geometrický stupeň sa rovná p elektrickým stupňom.

Na obr. 1d znázorňuje magnetické čiary pre určitý pevný časový okamih. Ak sa pozrieme na obrázok magnetického poľa v niekoľkých po sebe nasledujúcich okamihoch, môžeme sa uistiť, že pole rotuje konštantnou rýchlosťou.

Nájdite rýchlosť otáčania poľa.Po čase rovnajúcom sa polovici periódy striedavého prúdu sa smery všetkých prúdov obrátia, čím sa obrátia magnetické póly, to znamená, že za polovicu periódy sa magnetické pole otočí o zlomok otáčky. Rýchlosť otáčania magnetického poľa statora, t. j. synchrónna rýchlosť, je (v otáčkach za minútu)

Počet p pólových párov môže byť iba celé číslo, preto pri frekvencii napríklad 50 Hz sa synchrónna rýchlosť môže rovnať 3000; 1500; 1000 otáčok za minútu atď.

Ryža. 2. Podrobná schéma trojfázového jednovrstvového vinutia

Vinutia stroja na striedavý prúd možno rozdeliť do troch skupín:

1) kotúč na kotúč;

2) jadro;

3) špeciálne;

Špeciálne cievky zahŕňajú:

a) skrat vo forme klietky pre veveričky;

b) vinutie asynchrónneho motora s prepínaním na iný počet pólov;

c) vinutie asynchrónneho motora s protispojmi a pod.

Okrem vyššie uvedeného rozdelenia sa cievky líšia v mnohých ďalších charakteristikách, a to:

1) podľa povahy prevedenia – ručné, vzorované a polovzorované;

2) podľa umiestnenia v drážke - jednovrstvové a dvojvrstvové;

3) počtom slotov na pól a fázu – vinutia s celým číslom q slotov na pól a fázu a vinutia s zlomkovým číslom q.

Cievka je obvod tvorený dvoma vodičmi zapojenými do série. Sekcia alebo vinutie je séria závitov zapojených do série, umiestnených v dvoch štrbinách a so spoločnou izoláciou od tela.

Sekcia má dve aktívne strany. Ľavá aktívna strana sa nazýva začiatok sekcie (cievka) a pravá strana sa nazýva koniec sekcie. Vzdialenosť medzi aktívnymi stranami sekcie sa nazýva rozstup sekcie. Môže sa merať buď počtom hrotov alebo v častiach delenia pólov.

Rozstup sekcie sa nazýva diametrálny, ak sa rovná deleniu pólov a skrátený, ak je menší ako delenie pólov, pretože rozstup sekcie nie je väčší ako delenie pólov.

Charakteristickou veličinou, ktorá určuje činnosť cievky, je počet štrbín na pól a fázu, t.j. počet slotov obsadených vinutím každej fázy v rámci jednej pólovej divízie:

kde z je počet statorových slotov.

Cievka znázornená na obr. 1, a, má tieto údaje:

Aj pre túto najjednoduchšiu cievku sa priestorové kreslenie vodičov a ich spojov ukazuje ako komplikované, preto sa zvyčajne nahrádza rozšírenou schémou, kde vodiče vinutia nie sú znázornené na valcovej ploche, ale na rovine (valcový povrch s drážkami a cievkou sa „rozvíja » v rovine). Na obr. 2 je podrobná schéma uvažovaného vinutia statora.

Na predchádzajúcom obrázku bolo pre jednoduchosť znázornené, že časť fázy A vinutia umiestnenej v drážkach 1 a 4 pozostáva iba z dvoch drôtov, to znamená z jedného závitu. V skutočnosti každá takáto časť vinutia dopadajúca na jeden pól pozostáva z w závitov, to znamená, že v každom páre drážok je umiestnených w drôtov spojených do jedného vinutia. Preto pri obchádzaní podľa rozšírenej schémy, napríklad fázy A slotu 1, je potrebné pred presunom do slotu 7 obísť sloty 1 a 4 w krát. Vzdialenosť medzi stranami závitu jedného vinutia alebo kroku navíjania , y je znázornené na obr. 1, d; zvyčajne vyjadrené počtom kanálov.

Ryža. 3. Štít asynchrónneho stroja

Znázornené na obr.1 a 2 sa vinutie statora nazýva jednovrstvové, pretože zapadá do každej drážky v jednej vrstve.Na umiestnenie pretínajúcich sa predných častí v rovine sú ohnuté na rôznych povrchoch (obr. 2, b). Jednovrstvové vinutia sa vyrábajú s krokom, ktorý sa rovná oddeleniu pólov (obr. 2, a), alebo sa tento krok v priemere rovná oddeleniu pólov pre rôzne vinutia rovnakej fázy, ak y> 1, y< 1... V našich dňoch sú dvojvrstvové cievky bežnejšie.

Začiatok a koniec každej z troch fáz vinutia je vyznačený na paneli stroja, kde je šesť svoriek (obr. 3). Na horné svorky C1, C2, SZ (začiatok fáz) sú pripojené tri lineárne vodiče trojfázovej siete. Spodné svorky C4, C5, C6 (konce fáz) sú buď spojené do jedného bodu dvoma horizontálnymi prepojkami, alebo každá z týchto svoriek je spojená s vertikálnou prepojkou, pričom horná svorka leží nad ňou.

V prvom prípade tri fázy statora tvoria hviezdicové spojenie, v druhom - trojuholníkové spojenie. Ak je napríklad jedna fáza statora navrhnutá na napätie 220 V, potom sieťové napätie siete, ku ktorej je motor pripojený, musí byť 220 V, ak je stator zapojený do trojuholníka; pri pripojení do hviezdy by malo byť sieťové napätie siete

Keď je stator zapojený do hviezdy, neutrálny vodič nie je pod napätím, pretože motor je symetrickou záťažou siete.

Rotor indukčného stroja je vyrobený z lisovaných plechov izolovanej elektroocele na hriadeli alebo na špeciálnej nosnej konštrukcii. Radiálna vôľa medzi statorom a rotorom je čo najmenšia, aby bol zaistený nízky odpor v dráhe magnetického toku prenikajúceho oboma časťami stroja.

Najmenšia medzera, ktorú umožňujú technologické požiadavky, je od desatiny milimetra do niekoľkých milimetrov v závislosti od výkonu a rozmerov stroja. Vodiče vinutia rotora sú umiestnené v štrbinách pozdĺž rotora, ktoré tvoria priamo na jeho povrchu, aby bol zabezpečený čo najväčší kontakt vinutia rotora s rotujúcim poľom.

Indukčné stroje sa vyrábajú s fázovými rotormi aj rotormi vo veveričke.

Ryža. 4. Fázový rotor

Fázový rotor má zvyčajne trojfázové vinutie, vyrobené ako statorové vinutie, s rovnakým počtom pólov. Vinutie je zapojené do hviezdy alebo trojuholníka; tri konce cievky sú vedené k trom izolovaným zberným krúžkom, ktoré sa otáčajú s hriadeľom stroja. Prostredníctvom kief namontovaných na stacionárnej časti stroja a posuvných na zberných krúžkoch je k rotoru pripojený trojfázový spúšťací alebo regulačný reostat, t. j. do každej fázy rotora je privádzaný aktívny odpor. Vonkajší pohľad na fázový rotor je znázornený na obr. 4 sú na ľavom konci hriadeľa viditeľné tri zberacie krúžky. Asynchrónne motory s vinutým rotorom sa používajú tam, kde je potrebná plynulá regulácia otáčok hnacieho mechanizmu, ako aj pri častých štartoch motora pod záťažou.

Konštrukcia rotora vo veveričke je oveľa jednoduchšia ako konštrukcia fázového rotora. Pre jeden z návrhov na obr. 5a znázorňuje tvar plechov, z ktorých je zostavené jadro rotora. V tomto prípade otvory v blízkosti vonkajšieho obvodu každého listu tvoria pozdĺžne kanály v jadre. Do týchto kanálov sa naleje hliník, po jeho stuhnutí sa v rotore vytvoria pozdĺžne vodivé tyče.Na oboch koncoch rotora sú súčasne odliate hliníkové krúžky, ktoré skratujú hliníkové tyče. Výsledný vodivý systém sa bežne nazýva veveričková bunka.

Ryža. 5. Rotor vo veveričke

Klietkový rotor je znázornený na obr. 5 B. Na koncoch rotora vidno súčasne odliate ventilačné lopatky s krátkymi spojkovými krúžkami. V tomto prípade sú štrbiny skosené o jednu časť pozdĺž rotora. Klietka vo veveričke je jednoduchá, nie sú tu žiadne posuvné kontakty, preto sú trojfázové asynchrónne motory v klietke najlacnejšie, najjednoduchšie a najspoľahlivejšie; sú najčastejšie.