Из чего состоит статор электродвигателя: Из чего состоит статор электродвигателя?

Из чего состоит статор электродвигателя?

Статором электродвигателя называется неподвижный узел электрооборудования, взаимодействующий с динамической его частью — ротором. Статоры являются важной частью синхронных и асинхронных двигателей. В первом типе электродвигателей на неподвижный механизм наматывается обмотка, а на асинхронных образцах располагается индуктор.

Из чего состоит статор электродвигателя?

Статор состоит из двух основных деталей — основания и сердечника. Основание представляет собой отлитый или сварочный корпус, изготовленный с помощью чугунных или алюминиевых сплавов.

Сердечник выполнен в виде вала из специальной стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, прошедшей дополнительный обжиг. В нем имеются специальные пазы для крепления перемотки электродвигателя, состоящей из жильных проводов, скрученных между собой параллельным способом. Данное соединение позволяет ослабить токи вихревого свойства.

Принципы перемотки статора

Электромагнитное поле статора создается с помощью трехфазной перемотки.

В пазах электродвигателя крепятся определенное количество катушек, соединенных друг с другом.

Варианты перемоток неподвижной части электродвигателей зависят от вида изоляции, выбор которой обусловлен следующими параметрами:

• показатель максимального напряжения;
• значение допустимой температуры перемотки;
• габариты и тип паза;
• вид обмотки.

В зависимости от способа размещения катушек в пазах статора перемотка двигателя осуществляется в один или два слоя. В качестве материала обмотки используют кабель из меди.

Проведение ремонта

Любому электрооборудованию, с течением времени, свойственны отказы в его работе. Причины поломок могут быть от банального загрязнения до воздействия внешних факторов.

В случае нарушения работы, ремонт электродвигателя начинайте с чистки или продувки элементов статора. Затем, после удаления грязи и пыли, приступите к съему корпуса изделия для замены обмотки.

На токарном станке, либо с помощью стамески срезается лицевая часть перемотки статора.

Для размягчения изолирующего материала статор следует разогнать до температуры около 200 градусов, после которой снимается обмотка, извлекается катушка и прочищаются пазы. После разборки электродвигателя новая обмотка статора устанавливается с помощью готовых шаблонов.

После установки катушки, её покрывают лаком, с последующей сушкой при температуре 150 градусов по Цельсию не менее двух часов.

Проверка электродвигателя на сопротивление между корпусом и обмоткой производится после высыхания всех частей статора. Регулировка оборудования под необходимые параметры возможна с помощью подбора кабеля для перемотки.

Теплоизоляция статора

В ходе эксплуатации не исключены случаи перегрева деталей и узлов при сбоях в работе двигателя. Повышение температуры перемотки статора связано с изменением значения потребляемого тока. Данный сбой происходит по причине размыкания электрической цепи, путем пропадания электрического сигнала одного из фазных проводов.

Другой причиной изменения температуры может являться механический износ подшипников. В этом случае страдает изоляция обмотки двигателя, приводя его в нерабочее состояние.

В наши дни защита от перегрева используется практически на всех электрических приборах. Она срабатывает в следующих случаях:

• при сбоях во время запуска или замедления статора;
• при больших перегрузках;
• при резких скачках напряжения;
• при выходе из строя фазных проводов;
• при работе двигателя с заклинившим ротором;
• при сбоях приводных устройств.

Защита статора с помощью теплового реле

Суть такой защиты состоит в применении реле с пластиной из биметалла. Металлическая полоса, под действием электрического тока, начинает работать на изгиб. По достижению определенной температуры пластина, под действием пружины, расцепляется со специальной защелкой и разъединяет всю электрическую схему.

В исходное положение пластина приходит при помощи ручного нажатия кнопки. Конструкция теплоизоляции статоров различна, исходя из области применения, показателей тока и устройства реле.

В настоящее время реле производятся как в составе сборочных единиц, так и самостоятельных деталей. В зависимости от предназначения, отличаются ручным и автоматическим принципом действия.

Для приборов, рассчитанных на узкий диапазон величины потребляемого тока, выбор защиты требует более ответственного подхода. С включением электродвигателя в сеть происходит нагрев металлической полосы путем прохождения заряда по намотанной спиралевидной проволоке.

Смотрите также:

Практичное безумие Rinspeed

Пристегнись, малыш!

Распечатай мне авто

Сила тока: Тест-драйв Lexus CT-200

Стойки: нет проблем, которые нельзя решить

Вернуться к реальности

Принцип работы синхронного двигателя

Принцип работы синхронного двигателя

В целом, электрический двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразовывает электрическую энергию в механическую.

По типу подключения двигатели бывают однофазные и 3-х фазные. Среди 3-х фазных двигателей наиболее распространенными являются индукционные (асинхронные) и синхронные электродвигатели.

Когда в 3-х фазном двигателе электрические проводники располагаются в определенном геометрическом положении (под определенным углом относительно друг друга), возникает электрическое поле. Образованное электромагнитное поле вращается с определенной скоростью, которая называется синхронной скоростью.

Если в этом вращающемся магнитном поле присутствует электромагнит, он магнетически замыкается с этим вращающимся полем и вращается со скоростью этого поля. Фактически, это нерегулируемый двигатель, поскольку он имеет всего одну скорость, которая является синхронной, и никаких промежуточных скоростей там быть не может. Другими словами, он работает синхронно с частотой сети.

Ниже дана формула синхронной скорости:

Ns = 120F/p

Строение синхронного двигателя

Его строение практически аналогично 3-фазному асинхронному двигателю, за исключением того факта, что на ротор подается источник постоянного тока.

На рисунке показано устройство этого типа двигателя. На статор подается 3-х фазное напряжение, а на ротор – источник постоянного тока.

Строение синхронного двигателя

Основные свойства синхронных двигателей:

• Синхронные электродвигатели не являются самозапускающимся механизмом. Они требуют определенного внешнего воздействия, чтобы выработать определенную синхронную скорость.
• Двигатель работает синхронно с частотой электрической сети. Поэтому при обеспечении бесперебойного снабжения частоты он ведет себя так, как двигатель с постоянной скоростью.
• Этот двигатель имеет уникальные характеристики, функционируя под любым коэффициентом мощности. Поэтому они используются для увеличения фактора силы.

Видео: Строение и принцип работы синхронного двигателя

//www.youtube.com/embed/5k3sXBMBKEw?feature=player_detailpage

Принципы работы синхронного двигателя

Электронно-магнитное поле синхронного двигателя обеспечивается двумя электрическими вводами.

Это обмотка статора, которая состоит из 3-х фаз и предусматривает 3 фазы источника питания и ротор, на который подается постоянный ток.

3 фазы обмотки статора обеспечивают вращение магнитного потока. Ротор принимает постоянный ток и производит постоянный поток. При частоте 50 Гц 3-х фазный поток вращается около 3000 оборотов в 1 минуту или 50 оборотов в 1 секунду. В определенный момент полюса ротора и статора могут быть одной полярности (++ или – – ), что вызывает отталкивания ротора. После этого полярность сразу же меняется (+–), что вызывает притягивание.

Но ротор по причине своей инерции не в состоянии вращаться в любом направлении из-за силы притяжения или силы отталкивания и не может оставаться в состоянии простоя. Он не самозапускающийся.

Чтобы преодолеть инерцию силы, необходимо определенное механическое воздействие, которое вращает ротор в том же направлении, что и магнитное поле, обеспечивая необходимую синхронную скорость. Через некоторое время происходит замыкание магнитного поля, и синхронный двигатель вращается с определенной скоростью.

Способы запуска

• Пуск синхронного двигателя при помощи вспомогательного двигателя. Синхронный двигатель механически соединяется с другим двигателем. Это может быть либо 3-х фазный индукционный двигатель, либо двигатель постоянного тока. Постоянный ток изначально не подается. Двигатель начинает вращаться со скоростью, близкой к синхронной скорости, после чего подается постоянный ток. После того, как магнитное поле замыкается, связь со вспомогательного двигателя прекращается.
• Асинхронный пуск. В полюсных наконечниках полюсов ротора устанавливается дополнительная короткозамкнутая обмотка. При включении напряжения в обмотку статора возникает вращающееся магнитное поле. Пересекая короткозамкнутую обмотку, которая заложена в полюсных наконечниках ротора, это вращающееся магнитное поле индуцирует в ней токи, который взаимодействуя с вращающимся полем статора, приводят ротор во вращение. Когда достигнута синхронная скорость, ЭДС и крутящийся момент уменьшается.
  И наконец, когда магнитное поле замыкается, крутящий момент также сводится к нулю. Таким образом, синхронность вначале запускается индукционным двигателем с использованием дополнительной обмотки.

Применение

• Синхронный двигатель используется для улучшения коэффициента мощности. Синхронные двигатели широко применяются в энергосистеме, поскольку они работают при любом коэффициенте мощности и имеют экономичные эксплуатационные показатели.
• Синхронные двигатели находят свое применение там, где рабочая скорость не превышает 500 об / мин и требуется увеличить мощность. Для энергетической потребности от 35 кВт до 2500 кВт, стоимость, размер, вес и соответствующего индукционного двигателя будет довольно высоким. Такие двигатели часто используются для работы поршневых насосов, компрессоров, прокатных станков и другого оборудования.

Устройство и принцип действия синхронного двигателя

Отличие от асинхронного мотора

Главное отличие синхронной машины заключается в том, что скорость вращения якоря такая же, как и аналогичная характеристика магнитного потока.

И если в асинхронных моторах используется короткозамкнутый ротор, то в синхронных имеется на нем проволочная обмотка, к которой подводится переменное напряжение.

В некоторых конструкциях используются постоянные магниты. Но это делает двигатель дороже.

Если увеличивать нагрузку, подключаемую к ротору, частота вращения его не изменится. Это одна из ключевых особенностей такого типа машин. Обязательное условие – у движущегося магнитного поля должно быть столько же пар полюсов, сколько у электромагнита на роторе. Именно это гарантирует постоянную угловую скорость вращения этого элемента двигателя. И она не будет зависеть от момента, приложенного к нему.

Конструкция мотора

Устройство и принцип действия синхронных двигателей несложны.

Конструкция включает в себя такие элементы:

1. Неподвижная часть – статор. На ней находится три обмотки, которые соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Статор собран из пластин электротехнической стали с высокой степенью проводимости.
2. Подвижная часть – ротор. На нем тоже имеется обмотка. При работе на нее подается напряжение.

Между ротором и статором имеется прослойка воздуха. Она обеспечивает нормальное функционирование двигателя и позволяет магнитному полю беспрепятственно воздействовать на элементы агрегата. В конструкции присутствуют подшипники, в которых вращается ротор, а также клеммная коробка, расположенная в верхней части мотора.

Как работает двигатель

Если кратко, принцип действия синхронного двигателя, как и любого другого, заключается в преобразовании одного вида энергии в другой. А конкретно – электрической в механическую. Работает мотор таким образом:

1. На статорные обмотки подается переменное напряжение. Оно создает магнитное поле.
2. На обмотки ротора также подается переменное напряжение, создающее поле. Если используются постоянные магниты, то это поле уже по умолчанию имеется.
3. Два магнитных поля взаимопересекаются, противодействуют друг другу – одно толкает другое. Из-за этого двигается ротор. Именно он установлен на шарикоподшипниках и способен свободно вращаться, дать ему нужно только толчок.

Вот и все. Теперь остается только использовать полученную механическую энергию в нужных целях. Но требуется знать, как правильно вывести в нормальный режим синхронный двигатель. Принцип работы у него отличается от асинхронного. Поэтому требуется придерживаться определенных правил.

Для этого электродвигатель подключают к оборудованию, которое необходимо привести в движение. Обычно это механизмы, которые должны работать практически без остановок – вытяжки, насосы и прочее.

Синхронные генераторы

Обратная конструкция – синхронные генераторы. В них процессы протекают немного иначе. Принцип действия синхронного генератора и синхронного двигателя отличаются, но не существенно:

1. На обмотку статора не подается напряжение. С нее оно снимается.
2. На обмотку ротора подается переменное напряжение, которое необходимо для создания магнитного поля. Потребление электроэнергии крайне маленькое.
3. Ротор электрогенератора раскручивается при помощи дизельного или бензинового двигателя либо же силой воды, ветра.
4. Вокруг ротора имеется магнитное поле, которое двигается. Поэтому в обмотке статора индуцируется ЭДС, а на концах появляется разность потенциалов.

Но в любом случае требуется стабилизировать напряжение на выходе генераторной установки. Для этого достаточно запитать роторную обмотку от источника, напряжение которого постоянно и не изменяется при колебаниях частоты вращения.

Полюсы обмоток двигателя

В конструкции ротора имеются постоянные или электрические магниты. Их обычно называют полюсами. На синхронных машинах (двигателях и генераторах) индукторы могут быть двух типов:

1. Явнополюсными.
2. Неявнополюсными.

Они различаются между собой только взаимным расположением полюсов. Для уменьшения сопротивления со стороны магнитного поля, а также улучшения условий для проникновения потока, используются сердечники, изготовленные из ферромагнетиков.

Эти элементы располагаются как в роторе, так и в статоре. Для изготовления используются только сорта электротехнической стали. В ней очень много кремния. Это отличительная особенность такого вида металла. Это позволяет существенно уменьшить вихревые токи, повысить электрическое сопротивление сердечника.

Воздействие полюсов

В основе конструкции и принципа действия синхронных двигателей лежит обеспечение влияния пар полюсов ротора и статора друг на друга. Для обеспечения работы нужно разогнать индуктор до определенной скорости. Она равна той, с которой вращается магнитное поле статора. Именно это позволяет обеспечить нормальную работу в синхронном режиме. В момент, когда происходит запуск, магнитные поля статора и ротора взаимно пересекаются. Это называется «вход в синхронизацию». Ротор начинает вращаться со скоростью, как у магнитного поля статора.

Запуск электродвигателей синхронного типа

Самое сложное в работе синхронного мотора – это его запуск.

Именно поэтому его используют крайне редко. В

едь конструкция усложняется за счет системы запуска.

На протяжении долгого времени работа синхронного двигателя зависела от разгонного асинхронника, механически соединенным с ним.

Что это значит? Второй тип двигателя (асинхронный) позволял разогнать ротор синхронной машины до подсинхронной частоты.

Обычные асинхронники не требуют специальных устройств для запуска, достаточно только подать рабочее напряжение на обмотки статора.

После того, как будет достигнута требуемая скорость, происходит отключение разгонного двигателя. Магнитные поля, которые взаимодействуют в электрическом моторе, сами выводят его на работу в синхронном режиме. Для разгона потребуется другой двигатель. Его мощность должна составлять примерно 10-15 % от аналогичной характеристики синхронной машины. Если нужно вывести в режим электродвигатель 1 кВт, для него потребуется разгонный мотор мощностью 100 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы машина смогла работать как в режиме холостого хода, так и с незначительной нагрузкой на валу.

Более современный способ разгона

Стоимость такой машины оказывалась намного выше. Поэтому проще использовать обычный асинхронный мотор, пусть и много у него недостатков. Но именно его принцип работы и был использован для уменьшения габаритов и стоимости всей установки. При помощи реостата производится замыкание обмоток на роторе. В итоге двигатель становится асинхронным. А запустить его оказывается намного проще – просто подается напряжение на обмотки статора.

Во время выхода на подсинхронную скорость возможно раскачивание ротора. Но это не происходит за счет работы его обмотки. Напротив, она выступает в качестве успокоителя. Как только частота вращения будет достаточной, производится подача постоянного напряжения на обмотку индуктора. Двигатель выводится в синхронный режим. Но такой способ можно воплотить только в том случае, если используются моторы с обмоткой на роторе. Если там применяется постоянный магнит, придется устанавливать дополнительный разгонный электродвигатель.

Преимущества и недостатки синхронных моторов

Основное преимущество (если сравнивать с асинхронными машинами) – за счет независимого питания роторной обмотки агрегаты могут работать и при высоком коэффициенте мощности. Также можно выделить такие достоинства, как:

1. Снижается ток, потребляемый электродвигателем, увеличивается КПД. Если сравнивать с асинхронным мотором, то эти характеристики у синхронной машины оказываются лучше.
2. Момент вращения прямо пропорционален напряжению питания. Поэтому даже если снижается напряжение в сети, нагрузочная способность оказывается намного выше, нежели у асинхронных машин. Надежность устройств такого типа существенно выше.

Но вот имеется один большой недостаток – сложная конструкция. Поэтому при производстве и последующих ремонтах затраты окажутся выше. Кроме того, для питания обмотки ротора обязательно требуется наличие источника постоянного тока. А регулировать частоту вращения ротора можно только с помощью преобразователей – стоимость их очень высокая. Поэтому синхронные моторы используются там, где нет необходимости часто включать и отключать агрегат.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Статор и ротор — что это такое?

Автор Aluarius На чтение 4 мин. Просмотров 3.2k. Опубликовано 15.06.2016

Существует несколько классов электрических преобразователей, среди которых практическое применение нашли так называемые индуктивные аналоги. В них преобразование энергии происходит за счет преобразования индукции обмоток, являющиеся неотъемлемой частью самого агрегата. Обмотки располагаются на двух элементах – на статоре и роторе. Итак, чем отличаются статор и ротор (что это такое и каковы их функции?).

Самое простое определение двух частей преобразователя – это их функциональность. Здесь все просто: статор (электродвигателя или генератора) является неподвижной частью, ротор подвижной. В большинстве случаев последний располагается внутри первого, и между ними есть небольшой зазор. Есть так называемые агрегаты с внешним ротором, который представляет собой вращающееся кольцо, внутри которого располагается неподвижный статор.

Виды преобразователей

Почему так важно рассмотреть виды, чтобы понять, чем отличается статор электродвигателя от подвижной его части. Все дело в том, что конструктивных особенностей у электродвижков немало, то же самое касается и генераторов (это преобразователи механической энергии в электрическую, электродвигатели имеют обратную функциональность).

Итак, электрические двигатели делятся на аппараты переменного и постоянного тока. Первые в свою очередь разделяются на синхронные, асинхронные и коллекторные. У первых угловая скорость вращения статора и ротора равны. У вторых два эти показателя неравны. У коллекторных видов в конструкции присутствует так называемый преобразователь частоты и количества фаз механического типа, который носит название коллектор. Отсюда и название агрегата. Именно он напрямую связан с обмотками ротора двигателя и его статора.

Машины постоянного тока на роторе имеют тот же коллектор. Но в случае с генераторами он выполняет функции преобразователя, а в случае с электродвигателями функции инвертора.

Если электрический агрегат – это машина, в которой вращается только ротор, то его название – одномерный. Если в нем вращаются в противоположные стороны сразу два элемента, то этот аппарат носит название двухмерный или биротативный.

Асинхронные электродвигатели

Чтобы разобраться в понятиях ротора двигателя и его статора, необходимо рассмотреть один из видов электрических преобразовательных машин. Так как асинхронные электродвижки используются чаще всего в производственном оборудовании и бытовой техники, то стоит рассмотреть именно их.

Итак, что собой представляет асинхронный электродвигатель? Это обычно чугунный корпус, в который запрессован магнитопровод. В нем сделаны специальные пазы, куда укладывается обмотка статора, собранная из медной проволоки. Пазы сдвинуты относительно друг друга на 120º, поэтому их всего три. Они же образуют три  фазы.

Ротор в свою очередь – это цилиндр, собранный из стальных листов (сталь штампованная электротехническая), и насажанный на стальной вал, который в свою очередь при сборке электрического движка устанавливается в подшипники. В зависимости от того, как собраны фазные обмотки агрегата, роторы двигателя могут быть фазными или короткозамкнутыми.

• Фазный ротор – это цилиндр, на котором собраны катушки, сдвинутые относительно друг друга на 120º. При этом в его конструкцию установлены три контактных кольца, которые не соприкасаются ни с валом, ни между собой. К кольцам присоединены с одной стороны концы трех обмоток, а с другой графитовые щетки, которые относительно колец располагаются в скользящем контакте. Пример такой машины – это крановые электродвигатели с фазным ротором.
• Короткозамкнутый ротор собирается из медных стержней, которые укладываются в пазы. При этом их соединяют специальным кольцом, изготовленном из меди.

Асинхронный электрический двигатель с фазным ротором является обладателем больших размеров и веса. Но у него отличные свойства, касающиеся пусковых и регулировочных моментов. Двигатели, у которых установлен короткозамкнутый ротор, считаются самыми надежными на сегодняшний день. Они просты в конструкции, поэтому и являются дешевыми. Их единственный недостаток – это большой пусковой ток, с которым сегодня борются соединением обмоток статора со звезды на треугольник. То есть, пуск производится при соединении звездой, после набора оборотов производится переключение на треугольник.

Асинхронный двигатель

1. Применение асинхронных двигателей в стиральных машинах

Асинхронные двигатели нашли широкое применение как в промышленности,так и в быту. В целом следует отметить два самых распространённых вида асинхронных двигателей — это конденсаторные (иногда их называют двухфазные) и трёхфазные.
Конденсаторные двигатели, которые мы будем рассматривать, часто применялись в стиральных машинах 80х-90х гг. выпуска. В таких машинках количество оборотов барабана при отжиме достигало всего лишь лишь 400-600 оборотов в минуту, реже 800 или 1000, где уже применялась электронная схема управления. В 2000-x годах, было выпущено крайне мало стиральных машин с такими двигателями. С развитием электронных технологий, конденсаторные асинхронные двигатели канули в прошлое, поскольку на смену им пришли более компактные и динамичные универсальные коллекторные двигатели, а также трёхфазные двигатели с частотным регулированием скорости. Для осуществления привода барабана стиральных машин, производителям пришлось по ряду причин отказаться от применения конденсаторных асинхронных двигателей. Но это не означает, что асинхронные двигатели и вовсе исключили из конструкции стиральных машин. Например в стиральных машинах с функцией сушки горячим воздухом,простейшие односкоростные конденсаторные двигатели применяются до сих пор в качестве приводов вентиляторов, которые обдувают ТЭН сушки, прогоняя горячий воздух в бак стиральной машины.

2. Устройство асинхронного двигателя

1. Крышки двигателя 2. Подшипники 3. Ротор 4. Статор 5. Крыльчатка охлаждения Рис.2 Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель имеет в своём составе две основные детали: статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Статор (от латинского-стою) — неподвижная часть двигателя, взаимодействующая с подвижной частью-ротором. Активными частями статора являются обмотки и магнитопровод (сердечник). Обмотка статора в общем случае представляет собой многофазную обмотку, проводники которой равномерно уложены по окружности в пазы сердечника. Асинхронные двигатели для стиральных машин имеют две скорости вращения. В режиме стирки частота вращения на роторе двигателя составляет около 300 об/мин, а в режиме отжима (центрифугирования) 2800 об/мин. Поэтому, такие двигатели называют двухскоростные и для каждого режима работы применяется своя обмотка. Статор в рассматриваемом двигателе является электромагнитом, который создаёт магнитное поле.

Ротор — подвижная часть двигателя (Рис.3) В асинхронных двигателях это короткозамкнутая обмотка, которую часто называют «беличьей клеткой» из-за схожести конструкции. Алюминиевые или медные стержни статора замкнуты накоротко с торцов кольцами и как правило заливаются сплавом алюминия.Сердечник (вал ротора) имеет зубчатую структуру, который жестко скреплён с «беличьей клеткой». Вал ротора вращается на двух подшипниках, опорами которого являются крышки двигателя. Для лучшего охлаждения обмоток статора, на роторе устанавливаются крыльчатки с лопастями.

1. Сердечник из штампованных листов стали или залитый сплавом алюминия 2. Стальной вал с зубцами 3. Короткозамкнутая обмотка в виде «беличьей клетки» Рис.3 Устройство ротора асинхронного двигателя

3. Принцип работы конденсаторного асинхронного двигателя

Для привода барабана в стиральных машинах всегда применялись двухскоростные конденсаторные асинхронные двигатели.
Конденсаторный двигатель — разновидность асинхронного двигателя, в обмотки которого включен конденсатор для создания сдвига фазы тока. Подключается в однофазную сеть посредством специальных схем. Работоспособная схема подключения такого двигателя содержит конденсатор (пусковой конденсатор), от чего и произошло название.
Давайте рассмотрим простейшую схему подключения конденсаторного двигателя на примере Рис.4

Одна из обмоток (её чаще называют рабочей) подключают напрямую к сети, а пусковую обмотку последовательно через конденсатор. Рабочая и пусковая обмотки геометрически сдвинуты друг относительно друга на определённый угол. Для работы асинхронных двигателей важно, чтобы частота вращения ротора не была равна частоте вращения магнитного поля, создаваемое током обмотки статора. Отсюда и название — асинхронный двигатель. Но однофазная обмотка на статоре не способна создавать вращающее круговое магнитное поле. Поэтому, для соблюдения условий работы асинхронного двигателя, необходимо, что бы и токи были сдвинуты по фазе. Конденсатор в цепи пусковой обмотки создаёт сдвиг фаз токов на электрический угол «фи»=90°. Магнитное поле статора воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в них ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает собственное магнитное поле и ток, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая складываясь по окружности, создает вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться. Относительная разность скоростей вращения ротора и магнитного потока, создаваемого обмотками статора называется скольжение асинхронного двигателя.

А — рабочая обмотка В — пусковая обмотка С — пусковой конденсатор Простая схема подключения асинхронного двигателя через конденсатор Рис.4

А теперь представьте, если бы в пусковой обмотке не было конденсатора. Тогда магнитное поле создаваемое статором, создавало бы такое же магнитное поле в роторе. При такой схеме подключения, двигатель можно представить лишь в качестве трансформатора и совпадающие по фазе токи не смогли бы создать вращающее круговое магнитное поле, а пусковой момент был бы настолько мал, что ротор оставался бы почти неподвижным.

4. Неисправности и диагностика. Пуск асинхронного двигателя стиральной машины

Характерный признак неисправности при работе конденсаторных асинхронных двигателей проявляется как правило в ослаблении вращающего момента, вследствие чего ротор двигателя, особенно под нагрузкой, не в силах совершить полный оборот.Из-за этого в стиральной машине, ба

Электродвигатель | Британника

Самый простой тип асинхронного двигателя показан на рисунке в разрезе. Трехфазный набор обмоток статора вставлен в пазы в железе статора. Эти обмотки могут быть соединены либо по схеме звезды, обычно без внешнего подключения к нейтральной точке, либо по схеме треугольник. Ротор состоит из цилиндрического стального сердечника с проводниками, размещенными в пазах по всей поверхности. В наиболее обычной форме эти проводники ротора соединены вместе на каждом конце ротора проводящим концевым кольцом.

Поперечное сечение трехфазного асинхронного двигателя.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Основы работы асинхронного двигателя можно разработать, сначала предположив, что обмотки статора подключены к трехфазному источнику питания и что набор из трех синусоидальных токов, показанных на рисунке, протекает в обмотках статора. На этом рисунке показано влияние этих токов на создание магнитного поля в воздушном зазоре машины в течение шести моментов цикла.Для простоты показана только центральная токопроводящая петля для каждой фазной обмотки. В момент t ₁ на рисунке ток в фазе a является максимально положительным, а в фазах b и c — вдвое отрицательным. Результатом является магнитное поле с приблизительно синусоидальным распределением вокруг воздушного зазора с максимальным значением наружу вверху и максимальным значением внутрь внизу. В момент времени t ₂ на рисунке (т.е.е., одна шестая цикла позже), ток в фазе c является максимально отрицательным, в то время как ток в фазе b и фазе a имеет положительное значение на половину. Результат, как показано на рисунке для t ₂ , снова представляет собой синусоидально распределенное магнитное поле, но повернутое на 60 ° против часовой стрелки. Изучение распределения тока для т ₃ , т ₄ , т ₅ и т ₆ показывает, что магнитное поле продолжает вращаться с течением времени.Поле совершает один оборот за один цикл токов статора. Таким образом, совокупный эффект трех равных синусоидальных токов, равномерно смещенных во времени и протекающих в трех обмотках статора, равномерно смещенных в угловом положении, должен создать вращающееся магнитное поле с постоянной величиной и механической угловой скоростью, которая зависит от частоты электроснабжение.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Вращательное движение магнитного поля относительно проводников ротора вызывает индуцирование напряжения в каждом из них, пропорциональное величине и скорости поля относительно проводников.Поскольку проводники ротора закорочены вместе на каждом конце, это приведет к тому, что в этих проводниках будут протекать токи. В простейшем режиме работы эти токи будут примерно равны индуцированному напряжению, деленному на сопротивление проводника. На этом рисунке представлена ​​диаграмма токов ротора за момент времени t ₁ рисунка. Видно, что токи приблизительно синусоидально распределены по периферии ротора и расположены так, чтобы создавать вращающий момент против часовой стрелки на роторе (т.е.е. крутящий момент в том же направлении, что и вращение поля). Этот крутящий момент ускоряет ротор и вращает механическую нагрузку. По мере увеличения скорости вращения ротора его скорость относительно скорости вращающегося поля уменьшается. Таким образом, индуцированное напряжение снижается, что приводит к пропорциональному снижению тока в проводнике ротора и крутящего момента. Скорость ротора достигает постоянного значения, когда крутящий момент, создаваемый токами ротора, равен крутящему моменту, необходимому на этой скорости для нагрузки, при отсутствии избыточного крутящего момента для ускорения объединенной инерции нагрузки и двигателя.

Вращающееся поле и токи, которые оно создает в короткозамкнутых проводниках ротора.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Механическая выходная мощность должна обеспечиваться входной электрической мощностью. Первоначальных токов статора, показанных на рисунке, достаточно для создания вращающегося магнитного поля. Чтобы поддерживать это вращающееся поле при наличии токов ротора, показанных на рисунке, необходимо, чтобы обмотки статора несли дополнительную составляющую синусоидального тока такой величины и фазы, чтобы нейтрализовать влияние магнитного поля, которое в противном случае могло бы возникнуть. токами ротора на рисунке.Общий ток статора в каждой фазной обмотке является суммой синусоидальной составляющей, создающей магнитное поле, и другой синусоиды, опережающей первую на четверть цикла, или 90 °, для обеспечения необходимой электроэнергии. Второй, или силовой, компонент тока находится в фазе с напряжением, приложенным к статору, в то время как первый, или намагничивающий, компонент отстает от приложенного напряжения на четверть цикла или 90 °. При номинальной нагрузке эта намагничивающая составляющая обычно находится в диапазоне 0.От 4 до 0,6 величины силовой составляющей.

Большинство трехфазных асинхронных двигателей работают с обмотками статора, подключенными непосредственно к трехфазному источнику питания постоянного напряжения и постоянной частоты. Типичные напряжения питания находятся в диапазоне от 230 вольт между фазами для двигателей относительно небольшой мощности (например, от 0,5 до 50 киловатт) до около 15 киловольт между фазами для двигателей большой мощности и до около 10 мегаватт.

За исключением небольшого падения напряжения на сопротивлении обмотки статора, напряжение питания согласовано со скоростью изменения магнитного потока в статоре машины во времени.Таким образом, при питании с постоянной частотой и постоянным напряжением величина вращающегося магнитного поля остается постоянной, а крутящий момент примерно пропорционален силовой составляющей тока питания.

В асинхронном двигателе, показанном на предыдущих рисунках, магнитное поле совершает один оборот за каждый цикл частоты питания. Для источника с частотой 60 Гц скорость поля составляет 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Скорость ротора меньше скорости поля на величину, достаточную для того, чтобы индуцировать необходимое напряжение в проводниках ротора для создания тока ротора, необходимого для момента нагрузки.При полной нагрузке скорость обычно на 0,5–5 процентов ниже скорости поля (часто называемой синхронной скоростью), причем более высокий процент применяется к двигателям меньшего размера. Эта разница в скорости часто называется скольжением.

Другие синхронные скорости могут быть получены с источником постоянной частоты путем создания машины с большим количеством пар магнитных полюсов, в отличие от двухполюсной конструкции, показанной на рисунке. Возможные значения скорости магнитного поля в оборотах в минуту: 120 f / p , где f — частота в герцах (циклов в секунду), а p — количество полюсов (которое должно быть четное число).Данный железный каркас может быть намотан для любого из нескольких возможных количеств пар полюсов с помощью катушек, охватывающих угол приблизительно (360/ p ) °. Крутящий момент, поступающий от рамы машины, останется неизменным, поскольку он пропорционален произведению магнитного поля и допустимого тока катушки. Таким образом, номинальная мощность рамы, являющаяся произведением крутящего момента и скорости, будет примерно обратно пропорциональна количеству пар полюсов. Наиболее распространенные синхронные скорости для двигателей с частотой 60 Гц — 1800 и 1200 оборотов в минуту.

Электрогенератор | инструмент | Британника

Электрогенератор , также называемый динамо , любая машина, которая преобразует механическую энергию в электричество для передачи и распределения по линиям электропередачи бытовым, коммерческим и промышленным потребителям. Генераторы также производят электроэнергию, необходимую для автомобилей, самолетов, кораблей и поездов.

Механическая мощность для электрогенератора обычно получается от вращающегося вала и равна крутящему моменту вала, умноженному на вращательную или угловую скорость.Механическая энергия может поступать из нескольких источников: гидротурбины на плотинах или водопадах; Ветряные турбины; паровые турбины, использующие пар, получаемый за счет тепла сгорания ископаемого топлива или ядерного деления; газовые турбины, сжигающие газ непосредственно в турбине; или бензиновые и дизельные двигатели. Конструкция и скорость генератора могут значительно различаться в зависимости от характеристик механического первичного двигателя.

Почти все генераторы, используемые для электроснабжения сетей, вырабатывают переменный ток, полярность которого меняется на фиксированную частоту (обычно 50 или 60 циклов или двойное изменение направления в секунду).Поскольку несколько генераторов подключены к электросети, они должны работать на одной частоте для одновременной генерации. Поэтому они известны как синхронные генераторы или, в некоторых случаях, генераторы переменного тока.

Генераторы синхронные

Основная причина выбора переменного тока для электрических сетей заключается в том, что его постоянное изменение со временем позволяет использовать трансформаторы. Эти устройства преобразуют электрическую энергию при любом напряжении и токе, которые она генерирует, в высокое напряжение и низкий ток для передачи на большие расстояния, а затем преобразуют ее в низкое напряжение, подходящее для каждого отдельного потребителя (обычно 120 или 240 вольт для бытовых нужд).Конкретной формой используемого переменного тока является синусоидальная волна, которая имеет форму, показанную на рисунке 1. Она была выбрана, потому что это единственная повторяющаяся форма, для которой две волны, смещенные друг от друга во времени, могут быть добавлены или вычтены и имеют такая же форма возникает в результате. Тогда в идеале все напряжения и токи должны иметь синусоидальную форму. Синхронный генератор предназначен для получения этой формы с максимальной точностью. Это станет очевидно, когда ниже будут описаны основные компоненты и характеристики такого генератора.

Синусоидальная волна.

Encyclopædia Britannica, Inc. Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Ротор

Элементарный синхронный генератор показан в разрезе на рис. 2. Центральный вал ротора соединен с механическим первичным двигателем. Магнитное поле создается проводниками или катушками, намотанными в прорези, вырезанные на поверхности цилиндрического железного ротора. Этот набор катушек, соединенных последовательно, известен как обмотка возбуждения.Положение катушек возбуждения таково, что направленная наружу или радиальная составляющая магнитного поля, создаваемого в воздушном зазоре к статору, приблизительно синусоидально распределяется по периферии ротора. На рисунке 2 плотность поля в воздушном зазоре максимальна снаружи вверху, максимальна внутрь внизу и равна нулю с двух сторон, что приблизительно соответствует синусоидальному распределению.

Элементарный синхронный генератор.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Статор элементарного генератора на рисунке 2 состоит из цилиндрического кольца из железа, обеспечивающего легкий путь для магнитного потока.В этом случае статор содержит только одну катушку, причем две стороны размещены в пазах в утюге, а концы соединены друг с другом изогнутыми проводниками по периферии статора. Катушка обычно состоит из нескольких витков.

Когда ротор вращается, в обмотке статора индуцируется напряжение. В любой момент величина напряжения пропорциональна скорости, с которой магнитное поле, окруженное катушкой, изменяется со временем, то есть скорости, с которой магнитное поле проходит через две стороны катушки.Таким образом, напряжение будет максимальным в одном направлении, когда ротор повернут на 90 ° от положения, показанного на рисунке 2, и будет максимальным в противоположном направлении на 180 ° позже. Форма волны напряжения будет примерно синусоидальной формы, показанной на рисунке 1.

Роторная конструкция генератора на рисунке 2 имеет два полюса: один для магнитного потока, направленного наружу, и соответствующий полюс для потока, направленного внутрь. Одна полная синусоида индуцируется в обмотке статора за каждый оборот ротора.Таким образом, частота электрического выходного сигнала, измеренная в герцах (циклах в секунду), равна скорости вращения ротора в оборотах в секунду. Чтобы обеспечить подачу электроэнергии с частотой 60 Гц, например, первичный двигатель и скорость ротора должны быть 60 оборотов в секунду или 3600 оборотов в минуту. Это удобная скорость для многих паровых и газовых турбин. Для очень больших турбин такая скорость может быть чрезмерной из-за механического напряжения. В этом случае ротор генератора сконструирован с четырьмя полюсами, разнесенными с интервалом 90 °.Напряжение, индуцированное в катушке статора, которое охватывает аналогичный угол 90 °, будет состоять из двух полных синусоидальных волн на оборот. Требуемая частота вращения ротора для частоты 60 Гц составляет 1800 оборотов в минуту. Для более низких скоростей, например, используемых в большинстве водяных турбин, можно использовать большее количество пар полюсов. Возможные значения частоты вращения ротора в оборотах в минуту равны 120 f / p , где f — частота, а p — количество полюсов.

Что такое статор? (с рисунками)

Статор — статическая часть вращающихся электромагнитных устройств, таких как электродвигатели, генераторы переменного тока и генераторы. Он представляет собой один из двух основных компонентов устройства, другой — подвижный ротор, обеспечивающий рабочую мощность. В зависимости от конструкции устройства статор может выступать в качестве якоря или обмотки возбуждения конкретного устройства. В любом случае он все время остается неподвижным, пока ротор вращается вокруг него или внутри него.

Генераторы содержат статор.

Вращающиеся электромагнитные машины, такие как электродвигатели и генераторы, состоят из двух основных компонентов, которые, в зависимости от конкретной рассматриваемой конструкции, выполняют одну из двух важнейших функций.Два основных компонента — это вращающийся ротор и неподвижный статор. В случае двигателя ротор — это часть устройства, которая обеспечивает рабочее движение, на которое рассчитана машина. В генераторах переменного тока и генераторах ротор — это элемент, к которому прикладывается рабочее движение внешнего источника энергии, как это видно в автомобильном генераторе переменного тока. В обоих случаях статор остается неподвижным по отношению к вращающемуся ротору все время во время работы.

Стационарной частью электромагнитной цепи двигателя является статор.

Независимо от того, является ли соответствующая машина устройством вывода движения, таким как двигатель, или источником выходной электроэнергии, например генератором, статор и ротор выполняют одну из двух основных функций в рабочем цикле. Первый — это устройство полевого устройства или катушки возбуждения, как ее часто называют.Эта часть устройства создает сильное магнитное поле благодаря массиву постоянных магнитов или электрической катушке. Второй элемент рабочего цикла выполняет функцию арматуры. Это часть машины, с которой магнитное поле взаимодействует для обеспечения выходной мощности устройства.

Во многих устройствах обе части могут выполнять роль полевого устройства или якоря.Например, большой промышленный двигатель будет иметь катушку возбуждения, расположенную внутри статического внешнего компонента статора, при этом якорь будет представлен многослойным стальным сердечником, окружающим ротор, который вращается внутри статора. С другой стороны, небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока (DC), приводящий в движение вентилятор охлаждения компьютера, будет иметь катушку возбуждения, намотанную вокруг расположенного в центре статора. Компонент ротора, в отличие от предыдущего примера, будет вращаться вокруг статического компонента.Однако в обоих случаях статор всегда является статическим элементом машины.

Генератор автомобильного двигателя по сути служит электрическим генератором.

Может ли лучший электродвигатель спасти планету? | Голос Америки

Если бы Никола Тесла, легендарный гений, который изобрел электрический асинхронный двигатель, был жив сегодня, он, несомненно, был бы разочарован. Это потому, что большинство электродвигателей, которые мы производим сегодня (в том числе тот, на котором установлен его тезка 2017 Tesla Model S), в основном остаются такими же, как тот, который он запатентовал в 1887 году. Так много о прогрессе.

Ставки велики

Для тех из нас, кто жив сегодня, это нехорошо.И вот почему: половина всей электроэнергии в мире потребляется электродвигателями. В совокупности эти двигатели потребляют около 9000 триллионов ватт-часов (тераватт) энергии ежегодно. Повышение энергоэффективности мировых электродвигателей всего на одну десятую позволит сэкономить электричество, достаточное для обеспечения работы всей страны Японии в течение целого года, резко сократив мировой углеродный след и сократив вредные выбросы CO2 почти на миллиард тонн. А теперь представьте, была ли уже здесь технология, позволяющая сделать электродвигатели почти вдвое эффективнее.

Роберт Каталан, основатель и генеральный директор Focused Magnetics, говорит, что это так. С озорной улыбкой, которая, кажется, никогда не сходит с его лица, Каталонец больше похож на буддийского монаха, чем на гения. Но именно вера в то, что может сделать его новое изобретение, является источником истинной мотивации этого кроткого инженера. Оказывается, в глубине души он просто хочет спасти планету.

Решение

Заинтригованный, я согласился встретиться с каталонцем в тихом городском парке недалеко от Вашингтона, округ Колумбия.C. Там он распаковывает деревянный ящик, в котором обнаруживается штуковина размером с покрышку, которая выглядит как нечто из Звездных Врат SG-1. Он говорит, что прототип двигателя представляет собой революционную технологию, которая эффективно удваивает мощность и эффективность любого устройства, в котором используется обычный электродвигатель. Прежде чем объяснять, как работают обычные двигатели, он предложил учебник:

«Электродвигатели состоят из двух основных элементов. Одна часть — это вращающаяся часть («ротор»), а другая — часть, которая не двигается («статор»).Но на самом деле это пространство между ротором и статором (то есть воздушный зазор), где работает электродвигатель ». Поскольку в обычных электродвигателях используются магниты и электромагниты с одинаковой полярностью (то есть 50% северного полюса и 50% южного полюса), Каталонский говорит, что половина магнитной энергии всегда направляется в сторону от воздушного зазора, что приводит к плохому использованию доступной энергии.

Схема сравнения стандартного электродвигателя и

Кто такой Клаус Хальбах?

Стремление Каталонца к эффективному использованию доступной энергии привело его к исследованию работы физика из Беркли Клауса Хальбаха.В 1987 году Хальбах обнаружил, что, ориентируя постоянные магниты определенным образом, он может сосредоточить почти все магнитное поле в одну сторону. Поступая таким образом, Хальбах открыл способ создания «почти монопольного» магнитного поля, означающего, что примерно 97% одного полюса усиливается, в то время как магнитное поле другого полюса уменьшается примерно до 3%. Это явление известно как «массив Хальбаха» (и у него даже есть собственная страница в Википедии).

Несколько компаний успешно применили массивы постоянных магнитов Halbach для увеличения мощности своих роторов.Но их электромагнитные статоры остались без изменений. В отличие от постоянных магнитов, электромагниты не могут быть ориентированы в последовательности Хальбаха, потому что медные провода создают физический и находящийся под напряжением барьер, который предотвращает объединение магнитных сил с образованием почти монопольного поля. Каталан говорит, что преодолел это физическое препятствие и недавно получил три патента в США, а также несколько международных патентов, которые в настоящее время поданы на электромагнитную версию массива Хальбаха и ее различные применения в двигателях и генераторах.

Диаграмма, показывающая различия между магнитными массивами

Достижение близких к монополю магнитных полей

Каталонский говорит, что обычные двигатели немного похожи на лампы накаливания. Подобно фотонам от источника света, электродвигатели бесполезно излучают магнитную энергию во всех направлениях. Каталан говорит, что его двигатель настроен на работу как лазер, фокусируя почти всю магнитную энергию исключительно на воздушный зазор, чтобы повысить мощность и эффективность.Каталонский говорит, что, используя эту «почти монопольную» энергию, электромобиль, использующий серийную версию его нового двигателя, проехал бы почти в два раза дальше, чем обычный двигатель на том же наборе батарей. И наоборот, его двигатель в своей окончательной форме будет обеспечивать почти в два раза больше мощности или крутящего момента, чем обычный двигатель, использующий точно такое же количество энергии.

Есть и другие преимущества. Для массивов Хальбаха не требуется дополнительный металл (известный как железо), необходимый для работы обычных двигателей.В результате «каталонские моторы» легче. Кроме того, поскольку полярностью запатентованного электромагнитного массива можно управлять, можно использовать обе стороны поверхности его статора s . Это открывает множество потенциальных приложений.

Долгий путь

Как основатель стартапа в области экологически чистой энергии, Каталанец знает, что ему предстоит долгий путь. Но как родитель и семьянин он говорит, что ставки для будущих поколений высоки. Как и многие, кто видел документальные фильмы об изменении климата из «Неудобной правды» бывшего вице-президента Эла Гора или «Перед потопом» Леонардо Ди Каприо, Каталонский говорит, что неудача — это не вариант.

С этим соглашается все большее число стран во всем мире. Норвегия, Индия, Великобритания, Франция и Китай быстро переходят к отказу от двигателей внутреннего сгорания. Шведский автопроизводитель Volvo недавно объявил о планах отказаться от всех обычных бензиновых автомобилей. Почему? Каталонский говорит, что это потому, что мир заслуживает лучшего будущего.

На вопрос, может ли его технология «почти монопольного» электродвигателя стать новым стандартом де-факто для электродвигателей, Каталонский ответил с его усмешкой, подобной усмешке Будды: «Если человечество должно преодолеть угрозу изменения климата, оно должно это сделать.«Как недавно провозгласили 15 000 подписантов Союза обеспокоенных ученых, мир, каким мы его знаем, не хватает времени.

В гонке за спасение планеты сверхэффективный каталонский электродвигатель может выиграть немного больше времени.

.