Статор и ротор что это такое

Статор и ротор что это такое

Ротор – важная составляющая многих машин и механизмов. Наиболее важной деталью, обозначаемой при помощи данного понятия, является так называемый якорь электрического двигателя, генераторов переменного тока. Равно как и колесо, изобретение и использование ротора позволили сделать человечеству огромный шаг навстречу электрификации. Более подробно о том, что такое ротор, в каких механизмах и машинах он применяется, каких видов бывает, будет рассказано в этой статье.

Определение

С точки зрения электротехники, классический ротор – это вращающееся цилиндрическое тело, имеющее следующее строение:

  • Вал из прочной инструментальной стали с как минимум двумя подшипниками, расположенными по одному в передней и задней частях;
  • Сердечники из толстых металлических пластин;
  • Намотанные на собранные из пластин сердечники катушки;
  • Коллектор или пара специальных токопроводящих колец.

Для принудительного воздушного охлаждения вращающейся очень часто с большой скоростью детали служит расположенная в одном из его торцов крыльчатка. В генераторах вращение ротору передается от турбины, соединенной с ним через общий вал, или от работающего двигателя при помощи шкива, на который одет гибкий и прочный ремень (клинно-ременная передача).

Так, основная функция ротора – это вращение относительно неподвижной части. В электротехнике такой неподвижной частью является статор. Вместе ротор и статор являются важнейшими составляющими электродвигателей и генераторов переменного тока.

Виды электромеханических устройств

Используют ротор в таких электромеханических устройствах, как двигатели, работающие на постоянном и переменном электрическом токе, генераторы.

Агрегаты, работающие на переменном токе

К таким агрегатам относятся различные электродвигатели. Наиболее распространенная модель данного устройства состоит из следующих частей:

  • Алюминиевый или чугунный ребристый корпус с монтажной коробкой для подключения обмоток статора и ротора;
  • Статор – неподвижная часть в виде полого цилиндра, расположенная внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар расположенных друг напротив друга намотанных в пазы корпуса катушек из медного изолированного провода
  • Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, в которые впаяны обладающие высокой токопроводящей способностью алюминиевые стержни.

Вращается ротор на двух опорных подшипниках, запрессованных на его валу. Охлаждение работающего на больших оборотах электродвигателя происходит, благодаря крыльчатке – небольшому вентилятору, состоящему из множества лопастей и расположенному на одном из концов вала ротора. Также эффективному охлаждению работающего агрегата способствует ребристая структура алюминиевого корпуса.

Принцип работы подобного двигателя заключается в следующем:

  1. При подключении тока к агрегату он попеременно проходит через одну из трех пар катушек статора.
  2. При протекании по парам статорных катушек электрического тока они создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
  3. Попеременно запитываемые пары катушек создают подвижное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции провоцирует появление в неподвижных металлических стержнях ротора электрического тока.
  4. Индуцированный ток в роторе приводит к появлению силы, выталкивающей его из магнитного поля статора. Так как частота подачи тока на катушки статора в среднем составляет порядка 30 импульсов в секунду, появившаяся в роторе выталкивающая сила приводит к его вращению с большой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременности вращения ротора и порождающего это движение магнитного поля электрический двигатель переменного тока может быть синхронный (ротор агрегата вращается синхронно с магнитным полем статора) и асинхронный (вращение якоря не синхронизировано с движением магнитного поля статора). Первый вид отличается высокой мощностью и надежностью, в то время как второй характеризуется большим разнообразием конструкций и областей применения.

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный электродвигатель постоянного тока щеточного вида представляет собой электрический агрегат, состоящий из:

  • Чугунного корпуса с ребрами охлаждения и специальным монтажным коробом для подключения обмоток агрегата;
  • Вала из прочной инструментальной стали с двумя подшипниками;
  • Якоря, состоящего из сердечника (набора пластин из специальной электротехнической стали), якорной обмотки (размещенных в пазах сердечника катушек из медного провода);
  • Индуктора, состоящего из полюсов возбуждения с намотанными на них катушками из медного провода;
  • Коллектора – расположенных на валу медных пластин, к которым подключаются выводы катушек якорной обмотки;
  • Подпружиненных графитовых или металлографитовых щеток (щеточной группы).

Охлаждается такой двигатель, как и аналог, работающий от переменного тока, – расположенной на валу крыльчаткой.

Важно! В отличие от электродвигателя переменного тока частотой вращения ротора в таком силовом агрегате управляет специальный блок, который при помощи установленного на валу датчика Холла определяет положение ротора и его скорость.

Работает подобный агрегат следующим образом:

  1. На обмотку возбуждения подается напряжение, создавая тем самым постоянное магнитное поле;
  2. Через щетки и коллектор напряжение подается на катушки сердечника якоря – возникающее при этом магнитное поле отталкивается от такого же, образованного индуктором, вследствие чего двигатель начинает вращаться («запускается»);
  3. Впоследствии при вращении через щетки запитываются остальные катушки якорной обмотки, что приводит к равномерному вращению якоря с определённой скоростью.
Читайте также:  Хонда срв или хендай туссан

Останавливают вращение такого агрегата прекращением подачи напряжения на щеточную группу.

Помимо описанных выше электромоторов, к машинам, работающим на постоянном токе, относится также роторный стартер – устройство, необходимое для запуска бензиновых и дизельных автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Типы роторов

В зависимости от области применения и строения, роторы бывают следующих типов:

  • Фазный – якоря данного типа представляют собой совокупность намотанных на сердечник катушек, расположенных относительно друг другу под углом 1200. Концы проводов катушек выводятся к пластинам коллектора и запитываются при помощи щёточного узла.
  • Короткозамкнутый –ротор такого типа состоит из цельного цилиндра с пазами, в которые укладываются стержни из электролитической меди или алюминия. Концы таких стержней соединяются между собой кольцом. Коллектора и щеточного узла в агрегатах, оборудованных подобным якорем, не имеется.

Двигатели с фазным типом якоря отличаются большими размерами и весом, но при этом обладают прекрасным пуском и регулировкой. Агрегаты с короткозамкнутыми роторами имеют меньшие размеры, меньшую подверженность поломкам, простоту в эксплуатации.

Разобравшись в том, что такое собой представляют ротор и статор, можно получить не только полезные теоретические знания, но и практические навыки: зная устройство агрегатов, работающих на постоянном и переменном токе, можно при наличии неисправности проверить работоспособность их основных узлов, определить, виноваты ли в поломке намотка якоря, статор, щеточный или коллекторный узел.

Также ответив на вопрос «ротор что это такое» и углубившись в устройство данной детали, можно производить перемотку сгоревших обмоток самостоятельно, что, в свою очередь, является достаточно востребованной и высокооплачиваемой работой.

Видео

Статор асинхронного двигателя (рис. 10) — это сердечник, в пазы которого уложена трёхфазная обмотка 4, питаемая трёхфазным переменного током.

Статор представляет собой толстостенный полый цилиндр, выполненный в виде набора кольцеобразных пластин 3, отштампованных из листов магнитомягкой электротехнической стали. Он не имеет явно выраженных полюсов, т. к. внутренняя поверхность его сделана совершенно гладкой.

Для ограничения вихревых токов пластины изолированы друг от друга слоем лака. В пазах 2 с внутренней стороны сердечника укладывается трёхфазная обмотка 4. Обмотка (рис. 11, а) состоит из ряда катушек, одними концами соединённых между собой. Каждая из катушек сделана из

Рис. 10. Статор асинхронного двигателя:

1 — сердечник; 2 — паз; 3 — пластина сердечника; 4 — обмотка статора

одного или нескольких витков, изолированных между собой и от стенок паза и распределяется по нескольким пазам. Собранный сердечник запрессовывается в корпус двигателя, начала и концы трёхфазной обмотки выводятся на панель двигателя. Другими концами обмотки выводятся в коробку выводов обмотки статора 16 (см. рис. 9). Если на обмотки статора подать трёхфазное напряжение от электрической сети, то в сердечнике статора

Рис. 11. Соединение обмоток статора:

а) — вид выводов обмотки; б) — соединение звездой; в) — соединение треугольником

возникнет вращающееся магнитное поле. В зависимости от расположения обмоток вращающееся магнитное поле может иметь одну или несколько пар полюсов. Частота вращения магнитного поля пс зависит от числа пар полюсов и рассчитывается по формуле

где/ — частота тока в сети, Гц (пер/с); р — число пар полюсов двигателя.

Если на статоре имеется три обмотки, расположенные под углом 120°, то имеем двухполюсное вращение магнитного поля. Чтобы получить двигатель с меньшей скоростью магнитного поля, необходимо посредством многополюсной обмотки увеличить число полюсов вращающегося магнитного поля. Каждым трём катушкам статорной обмотки соответствует одна пара полюсов вращающегося поля. Следовательно, если трехфазная обмотка статора состоит из К катушек, то число пар полюсов вращающегося поля, возбуждаемого этой обмоткой будет

При количестве катушек К = 3, имеем одну пару полюсов, т.е. р = 3; при К= 6

В большинстве случаев асинхронный двигатель пускается в работу прямым включением обмоток статора в сеть на номинальное напряжение. Электроприводы повышенной мощности, и особенно там, где мощность трансформаторной подстанции ограничена, асинхронный двигатель пускается в работу на пониженном напряжении, т.е. на «звезду» (рис. 11, б). В этом случае концы обмоток XYZ соединяются в одной точке, а к другим концам прикладывается номинальное напряжение 380 В. При соединении «звездой» к катушкам приложено фазное напряжение 220 В. Это позволяет ограничить пусковой ток. Для этого используется автотрансформаторный пуск, пуск через реактивные сопротивления и пуск переключением обмоток статора со звезда на треугольник. Последний способ часто используется в технологическом оборудовании лесохозяйственных предприятий.

По мере разгона двигателя пусковой ток снижается и автомат, управляемый по току, частоте вращения или времени, переключает обмотки статора на номинальное напряжение (380 В), т.е. «треугольником» (рис. 11, в). В этом случае концы катушек соединяются между собой последовательно, т.е. концы катушек соединяются с их началом (Z с А; X с В; Y с С) и они же подсоединяются к номинальному напряжению 380 В. Тогда и на катушках будет приложено фазное напряжение 380 В.

Читайте также:  Тойота ленд крузер прадо 120 кузов

Ротор асинхронного двигателя (рис. 12) устанавливается внутри статора и приводится во вращение за счёт магнитного потока, создаваемого статором, включённого в электрическую сеть.

Сердечник ротора 1 аналогично статору, набирается из штампованных листов стали. В пазы ротора закладывается обмотка.

В зависимости от конструкции ротора асинхронные электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотка короткозамкнутого ротора (рис. 12, а) выполняется из медных стержней 2, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединяются между собой при помощи двух медных колец 4.

Таким образом, все стержни оказываются замкнутыми с двух сторон накоротко. Если представить себе отдельно обмотку такого ротора, то она

Рис. 12. Короткозамкнутый ротор:

а) — ротор с короткозамкнутой обмоткой; б) — обмотка ротора типа «беличье колесо»; а) — короткозамкнутый ротор, залитый алюминием: 1 сердечник ротора; 2 — медные стержни; 3 — вал ротора; 4 — замыкающие кольца; 5 — вентиляционные лопатки; 6 — алюминиевая заливка

будет напоминать беличье колесо. По этому сходству такая обмотка и называется обмоткой типа «беличьей колесо» (рис. 12, б). В роторе медные стержни в пазах не изолируются.

В настоящее время у двигателей мощностью до 100 кВт «беличье колесо» делается из алюминия путём заливки 6 (рис. 12, в) в пазы сердечника под давлением.

Заодно с замыкающими кольцами 4 для улучшения отвода тепла отливаются вентиляционные лопатки S. Собранный пакет напрессовывается на вал 3.

Фазные роторы (рис. 13) применяются в асинхронных электродвигателях большой мощности и специальных машинах малой мощности для улучшения пусковых и регулировочных свойств. Статор с обмотками 2 (рис. 13, а) закреплён на корпусе 1. На роторе 3 укладывается трехфазная обмотка 5, с геометрическими осями фазных катушек 8, сдвинутыми в пространстве друг относительно друга на 120 градусов.

Фазы обмотки соединяются звездой и их концы присоединяются к трём контактным кольцам 6 (рис. 13, б), насаженным на вал 2 и электрически изолированным как от вала, так и друг от друга. Три контактных кольца 6 через изоляционные прокладки жёстко насажены на вал ротора 4. На кольца упираются щётки 7, которые размещены в щёткодержателях, укреплённых в одной из подшипниковых крышек. С помощью щёток 7, находящихся в скользящем контакте с кольцами 6, имеется возможность включать в цепи фазных обмоток регулировочные реостаты 9. Это позволяет, изменяя сопротивление ротора, регулировать частоту вращения ротора и шраничивать пусковые токи.

Рис. 13. Асинхронный двигатель с фазным ротором: а) — общий вид; б) — схема соединения: 1 — корпус; 2 — обмотка статора; 3 — ротор;

4 — вал ротора; 5 — обмотка ротора; 6 — контактные кольца; 7 — щетки; 8 — фазная катушка; 9 — регулировочные реостаты

Что такое ротор

Ротор, еще его иногда называют якорь, это подвижная, то есть вращающаяся часть в генераторе или электродвигателях, которые повсеместно применяются в бытовой и промышленной технике.

Если рассматривать ротор двигателя постоянного тока или универсального коллекторного двигателя, то он состоит из нескольких основных узлов, а именно:

  1. Сердечник. Он выполнен из множества штампованных тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным диэлектриком или же просто оксидной пленкой, которая проводит ток гораздо хуже, чем чистый металл. Сердечник набирается из них и представляет собой «слоеный пирог». В результате электроны не успевают разогнаться из-за маленькой толщины металла, и нагрев ротора гораздо меньше, а эффективность всего устройства выше за счет уменьшения потерь. Данное конструктивное решение принято для уменьшения вихревых токов Фуко, которые неизбежно возникают при работе двигателя из-за перемагничивания сердечника. Этот же метод борьбы с ними используется и в трансформаторах переменного тока.
  2. Обмотки. Вокруг сердечника особым образом намотана медная проволока, покрытая лаковой изоляцией для предотвращения появления короткозамкнутых витков, которые недопустимы. Вся обмотка дополнительно пропитана эпоксидной смолой или лаком для фиксации обмоток, чтобы они не повреждались при вибрациях от вращения.
  3. Обмотки ротора могут подключаться к коллектору – специальному блоку с контактами, надежно закрепленному на валу. Эти контакты называются ламелями, они выполнены из меди или ее сплава для лучшей передачи электрического тока. По нему скользят щетки, обычно выполненные из графита, и в нужный момент на обмотки подается электрический ток. Это называется скользящий контакт.
  4. Сам вал является металлическим стержнем, на его концах расположены посадочные места под подшипники качения, он может иметь резьбу или выемки, пазы под шпонку для крепления шестерен, шкивов или других деталей, приводимых в движение электродвигателем.
  5. На валу также размещается крыльчатка вентилятора, чтобы двигатель охлаждал сам себя и не приходилось бы устанавливать дополнительное устройство для отвода тепла.
Читайте также:  Делориан из фильма назад в будущее фото

Стоит отметить, что не у всякого ротора есть обмотки, которые, в сущности, представляют собой электромагнит. Вместо них могут применяться постоянные магниты, как в бесщеточных двигателях постоянного тока. А у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором обмоток в привычном виде вовсе нет, вместо них используются короткозамкнутые металлические стержни, но об этом ниже.

Что такое статор

Статор – это неподвижная часть в электродвигателе. Обычно он совмещен с корпусом устройства и представляет собой цилиндрическую деталь. Он так же состоит из множества пластин для уменьшения нагрева из-за токов Фуко, в обязательном порядке покрытых лаком. На торцах располагаются посадочные места под подшипники скольжения или качения.

Конструкция называется пакет статора, она впрессовывается в чугунный корпус устройства. Внутри этого цилиндра вытачиваются пазы под обмотки, которые, так же как и для ротора, пропитываются специальными составами, чтобы тепло равномернее распределялось по устройству, и обмотки не терлись друг об друга от вибрации.

Обмотки статора могут подключаться разными способами в зависимости от назначения и типа электрической машины. Для трехфазных электродвигателей применимы типы подключения звезда и треугольник. Они представлены на схеме:

Для выполнения подключений на корпусе устройства предусмотрена специальная распределительная коробка («борно»). В эту коробку выведены начала и концы трех обмоток и предусмотрены специальные клеммники различных конструкций, в зависимости от мощности и назначения машины.

Существуют серьезные отличия в работе двигателей при разном соединении обмоток. Например, при подключении звездой двигатель будет стартовать плавнее, однако нельзя будет развить максимальную мощность. При присоединении треугольником, электродвигатель будет выдавать весь крутящий момент, заявленный производителем, но пусковые токи в таком случае достигают высоких значений. Электросеть может быть просто не рассчитана на такие нагрузки. Использование устройства в этом режиме чревато нагревом проводов, и в слабом месте (это места соединения и разъемы) провод может отгореть и привести к пожару. Главным преимуществом асинхронных двигателей является удобство в смене направления их вращения, нужно просто поменять местами подключения двух любых обмоток.

Статор и ротор в асинхронных двигателях

Трехфазные асинхронные двигатели имеют свои особенности, ротор и статор в них отличаются от использованных в других типах электродвигателей. Например, ротор может иметь две конструкции: короткозамкнутый и фазный. Рассмотрим особенности строения каждого из них по подробнее. Однако для начала давайте вкратце разберемся, как работает асинхронный двигатель.

В статоре создается вращающееся магнитное поле. Оно наводит на роторе индуцируемый ток и тем самым приводит его в движение. Таким образом ротор всегда пытается «догнать» вращающееся магнитное поле.

Необходимо также упомянуть о такой важной особенности асинхронного двигателя, как скольжение ротора. Это явление заключается в разности частот вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором. Объясняется это как раз тем, что ток индуцируется в роторе только при его движении относительно магнитного поля. И если бы частоты вращения были одинаковы, то этого движения бы просто не происходило. В результате ротор пытается «догнать» по оборотам магнитное поле, и если это происходит, то ток в обмотках перестает индуцироваться и ротор замедляется. В этот момент сила, действующая на него, растет, он начинает опять ускоряться. Так и получается эффект стабилизации частоты вращения, за что эти электродвигатели и пользуются большой востребованностью.

Короткозамкнутый ротор

Он также представляет собой конструкцию, состоящую из металлических пластин, выполняющих функцию сердечника. Однако вместо медной обмотки там установлены стержни или пруты, не касающиеся друг друга и накоротко замкнутые между собой металлическими пластинами на торцах. При этом стержни не перпендикулярны пластинам, а направлены под углом. Это делается для уменьшения пульсаций магнитного поля и момента. Таким образом получаются витки, замкнутые накоротко, от сюда и название.

Фазный ротор

Главное отличие фазного ротора от короткозамкнутого заключается в наличии трехфазной обмотки, уложенной в проточки сердечника и соединяющейся в особом коллекторе с тремя кольцами вместо ламелей. Эти обмотки обычно соединяются «звездой». Такие электродвигатели более трудоемки в производстве за счет усложнения конструкции, однако их пусковые токи ниже, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, а также они лучше поддаются регулировке.

Надеемся, что после прочтения данной статьи у вас больше не осталось вопросов о том, что такое ротор и статор электродвигателя и какой у них принцип работы. Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно рассмотрен данный вопрос:

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector