Statorová a rotorová vinutí střídavých elektrických strojů

Vinutí elektrického výrobku (zařízení) — soubor cívek nebo cívek umístěných určitým způsobem a spojených, určených k vytvoření nebo využití magnetického pole, nebo k získání dané hodnoty odporu elektrického výrobku (zařízení). elektrického výrobku (zařízení) — cívka elektrického výrobku (přístroje) nebo jeho části, vyrobená jako samostatná konstrukční jednotka (GOST 18311-80).

Článek vypráví o zařízení vinutí statoru a rotoru elektrických strojů se střídavým proudem.

Prostorové uspořádání vinutí statoru:

Rotor veverky:

Stator s dvanácti drážkami, v každé z nich je položen jeden drát, je schematicky znázorněn na Obr. 1, a. Spoje mezi lankovými vodiči jsou označeny pouze pro jednu ze tří fází; začátek fází A, B, C cívky je označen C1, C2, C3; konce — C4, C5, C6.Části cívky uložené v kanálech (aktivní část cívky) jsou obvykle znázorněny ve formě tyčí a spojení mezi dráty v drážkách (koncová spojení) jsou znázorněna plnou čarou.

Jádro statoru má tvar dutého válce, což je svazek nebo řada svazků (oddělených ventilačními kanály) vyrobených z plechů z elektrooceli. Na malých a středně velkých strojích je každý list vyražen ve formě prstence s drážkami po vnitřním obvodu. Na Obr. 1, b, je uveden statorový plech s drážkami jednoho z použitých tvarů.

Rýže. 1. Umístění vinutí ve štěrbinách statoru a rozložení proudů ve vodičích

Nechť okamžitá hodnota proudu iA první fáze v určitém časovém okamžiku je maximální a proud směřuje od začátku fáze C1 do jejího konce C4. Tento proud budeme považovat za pozitivní.

Určením okamžitých proudů ve fázích jako průmětu rotujících vektorů na pevnou osu ON (obr. 1, c) dostaneme, že proudy fází B a C v daném okamžiku jsou záporné, to znamená, že jsou směrovány od konce fází k začátku.

Nakreslete to na obr. 1d vytvoření rotujícího magnetického pole. V daném okamžiku je proud fáze A směrován od svého začátku do konce, to znamená, že pokud nás ve vodičích 1 a 7 opustí mimo rovinu výkresu, pak ve vodičích 4 a 10 jde za rovinu. výkresu k nám (viz obr. 1, a ad).

Ve fázi B proud v tomto okamžiku prochází od konce fáze k jejímu začátku.Připojením vodičů druhé fáze podle vzorku první lze dosáhnout toho, že proud fáze B prochází vodiči 12, 9, 6, 3; současně přes vodiče 12 a 6 nás proud opouští mimo rovinu výkresu a přes vodiče 9 a 3 - k nám. Obrázek rozložení proudů ve fázi C získáme pomocí vzorku z fáze B.

Směry proudů jsou uvedeny na Obr. 1, d; přerušované čáry znázorňují magnetické siločáry generované statorovými proudy; směry čar jsou určeny pravidlem pravého šroubu. Z obrázku je vidět, že vodiče tvoří čtyři skupiny se stejnými směry proudu a počet 2p pólů magnetického systému je čtyři. Oblasti statoru, kde magnetické čáry opouštějí stator, jsou severní póly a oblasti, kde magnetické čáry vstupují do statoru, jsou jižní póly. Oblouk kružnice statoru obsazený jedním pólem se nazývá oddělení pólů.

Magnetické pole v různých bodech na obvodu statoru je různé. Vzor rozložení magnetického pole podél obvodu statoru se periodicky opakuje přes každou dvoupólovou separaci Úhel oblouku 2 je brán jako 360 elektrických stupňů. Protože existuje p dvoupólových dělení po obvodu statoru, 360 geometrických stupňů se rovná 360p elektrickým stupňům a jeden geometrický stupeň se rovná p elektrickým stupňům.

Na Obr. 1d ukazuje magnetické čáry pro určitý pevný časový okamžik. Pokud se podíváme na obrázek magnetického pole v několika po sobě jdoucích okamžicích, můžeme se ujistit, že pole rotuje konstantní rychlostí.

Pojďme najít rychlost otáčení pole.Po době rovnající se polovině periody střídavého proudu se směry všech proudů obrátí, díky čemuž se obrátí magnetické póly, tedy za polovinu periody se magnetické pole otočí o zlomek otáčky. Rychlost otáčení magnetického pole statoru, tedy synchronní rychlost, je (v otáčkách za minutu)

Počet p pólových párů může být pouze celé číslo, proto při frekvenci např. 50 Hz může být synchronní rychlost rovna 3000; 1500; 1000 ot./min atd.

Rýže. 2. Podrobné schéma třífázového jednovrstvého vinutí

Vinutí stroje na střídavý proud lze rozdělit do tří skupin:

1) kotouč na kotouč;

2) jádro;

3) speciální;

Speciální cívky zahrnují:

a) zkrat ve formě klece pro veverky;

b) vinutí asynchronního motoru s přepínáním na jiný počet pólů;

c) vinutí asynchronního motoru s antispojkami atp.

Kromě výše uvedeného rozdělení se cívky liší v řadě dalších charakteristik, a to:

1) podle povahy provedení – ruční, vzorované a polovzorované;

2) podle umístění v drážce - jednovrstvé a dvouvrstvé;

3) počtem slotů na pól a fázi – vinutí s celým číslem q slotů na pól a fázi a vinutí se zlomkem q.

Cívka je obvod tvořený dvěma vodiči zapojenými do série. Sekce nebo vinutí je řada závitů zapojených do série, umístěných ve dvou štěrbinách a se společnou izolací od těla.

Sekce má dvě aktivní strany. Levá aktivní strana se nazývá začátek sekce (cívka) a pravá strana se nazývá konec sekce. Vzdálenost mezi aktivními stranami sekce se nazývá rozteč sekce. Může být měřen buď počtem hrotů nebo v částech pólů.

Rozteč sekce se nazývá diametrální, pokud se rovná dělení pólů, a zkrácená, pokud je menší než dělení pólů, protože rozteč sekce není větší než dělení pólů.

Charakteristickou veličinou, která určuje činnost cívky, je počet štěrbin na pól a fázi, tzn. počet slotů obsazených vinutím každé fáze v rámci jedné pólové divize:

kde z je počet statorových slotů.

Cívka znázorněná na Obr. 1, a, má následující údaje:

I pro tuto nejjednodušší cívku se ukazuje prostorové kreslení vodičů a jejich spojů komplikované, proto je obvykle nahrazeno rozšířeným schématem, kde jsou vodiče vinutí znázorněny nikoli na válcové ploše, ale na rovině (válcový povrch s drážkami a cívkou se „rozvine » v rovině). Na Obr. 2 je podrobné schéma uvažovaného statorového vinutí.

Na předchozím obrázku bylo pro jednoduchost ukázáno, že část fáze A vinutí umístěná ve štěrbinách 1 a 4 sestává pouze ze dvou vodičů, to znamená z jednoho závitu. Ve skutečnosti každá taková část vinutí dopadající na jeden pól sestává z w závitů, to znamená, že v každém páru drážek je umístěno w drátů, spojených do jednoho vinutí. Proto při obcházení podle rozšířeného schématu, např. fáze A slotu 1, je nutné před přechodem na slot 7 obejít sloty 1 a 4 w krát. Vzdálenost mezi stranami závitu jednoho vinutí nebo kroku navíjení , y je znázorněno na Obr. 1, d; obvykle vyjádřeno počtem kanálů.

Rýže. 3. Štít asynchronního stroje

Znázorněno na Obr.1 a 2 se vinutí statoru nazývá jednovrstvé, protože zapadá do každé drážky v jedné vrstvě.Pro umístění protínajících se předních částí v rovině jsou ohnuty na různých plochách (obr. 2, b). Jednovrstvá vinutí jsou vyrobena s krokem rovným oddělení pólů (obr. 2, a), nebo je tento krok v průměru roven oddělení pólů pro různá vinutí stejné fáze, je-li y> 1, y< 1... V dnešní době jsou běžnější dvouvrstvé cívky.

Začátek a konec každé ze tří fází vinutí je vyznačen na panelu stroje, kde je šest svorek (obr. 3). Na horní svorky C1, C2, SZ (začátek fází) jsou připojeny tři lineární vodiče třífázové sítě. Spodní svorky C4, C5, C6 (konce fází) jsou buď spojeny do jednoho bodu dvěma horizontálními propojkami, nebo každá z těchto svorek je spojena s vertikální propojkou s horní svorkou ležící nad ní.

V prvním případě tvoří tři fáze statoru hvězdicové zapojení, ve druhém - trojúhelníkové zapojení. Pokud je např. jedna fáze statoru dimenzována na napětí 220 V, pak síťové napětí sítě, ke které je motor připojen, musí být 220 V, je-li stator zapojen do trojúhelníku; při připojení do hvězdy by mělo být síťové napětí sítě

Když je stator zapojen do hvězdy, nulový vodič není pod napětím, protože motor je symetrickou zátěží sítě.

Rotor indukčního stroje je vyroben z lisovaných plechů izolované elektrooceli na hřídeli nebo na speciální nosné konstrukci. Radiální vůle mezi statorem a rotorem je co nejmenší, aby byl zajištěn nízký odpor v dráze magnetického toku pronikajícího do obou částí stroje.

Nejmenší mezera, kterou umožňují technologické požadavky, je od desetin milimetru do několika milimetrů v závislosti na výkonu a rozměrech stroje. Vodiče vinutí rotoru jsou umístěny ve štěrbinách podél rotoru, které tvoří přímo na jeho povrchu, aby byl zajištěn co největší kontakt vinutí rotoru s točivým polem.

Indukční stroje jsou vyráběny s fázovými rotory i rotory s kotvou nakrátko.

Rýže. 4. Fázový rotor

Fázový rotor má obvykle třífázové vinutí, vyrobené jako statorové vinutí, se stejným počtem pólů. Vinutí je zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníku; tři konce cívky jsou vedeny ke třem izolovaným sběracím kroužkům, které se otáčejí s hřídelí stroje. Prostřednictvím kartáčů namontovaných na stacionární části stroje a posuvných na sběracích kroužcích je k rotoru připojen třífázový spouštěcí nebo regulační reostat, tj. do každé fáze rotoru je přiváděn aktivní odpor. Vnější pohled na fázový rotor je znázorněn na Obr. 4 jsou na levém konci hřídele vidět tři sběrací kroužky. Asynchronní motory s vinutým rotorem se používají tam, kde je vyžadována plynulá regulace otáček hnacího mechanismu a také při častých startech motoru pod zátěží.

Konstrukce rotoru veverkové klece je mnohem jednodušší než konstrukce fázového rotoru. Pro jeden z návrhů na OBR. 5a znázorňuje tvar plechů, ze kterých je sestaveno jádro rotoru. V tomto případě otvory v blízkosti vnějšího obvodu každého listu tvoří podélné kanály v jádru. Do těchto kanálků se nalévá hliník, po jeho ztuhnutí se v rotoru vytvoří podélné vodivé tyče.Na obou koncích rotoru jsou současně odlity hliníkové kroužky, které zkratují hliníkové tyče. Výsledný vodivý systém se běžně nazývá veverčí buňka.

Rýže. 5. Rotor veverky

Klecový rotor je znázorněn na Obr. 5 B. Na koncích rotoru jsou vidět větrací lopatky odlité současně s krátkými spojovacími kroužky. V tomto případě jsou štěrbiny podél rotoru zkoseny o jeden dílek. Klec nakrátko je jednoduchá, nejsou zde žádné kluzné kontakty, proto jsou třífázové asynchronní motory nakrátko nejlevnější, nejjednodušší a nejspolehlivější; jsou nejčastější.