Устройство статора машины назначение элементов статора
Статор электродвигателей
Подписка на рассылку
Статор электродвигателей является неподвижной частью, внутри которой на подшипниках вращается ротор (якорь). Конструктивно статор состоит из станины и сердечника, зафиксированного внутри нее винтами. Станина представляет собой литой или сварной корпус, выполненный из чугуна или алюминия.
Сердечник статора синхронных и асинхронных двигателей имеет цилиндрическую форму и формируется из профилированных листов электротехнической стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, предварительно отожженных и изолированных лаком. Между собой такие пластины скрепляются продольными швами или скобами таким образом, чтобы профильные вырезы образовывали продольные пазы, в которые укладывается обмотка, состоящая из ряда изолированных и параллельно соединенных проводников. Такая конструкция сердечника позволяет ослабить вихревые токи.
Статор двигателя постоянного тока большой и средней мощности называется индуктор и собирается из главных полюсов, сформированных из листов электротехнической стали, и монолитных добавочных полюсов. В ДПТ малой мощности функцию статора обычно выполняют постоянные магниты.
Обмотка статора электродвигателя: основные особенности
Взаимное расположение и количество групп обмоток статора синхронных и асинхронных двигателей зависит от их типа и необходимой частоты вращения ротора. Если в каждый паз помещается только одна сторона катушки одной фазы, то такая обмотка называется однослойной. В том случае, если в одном пазу размещаются две катушечные стороны, принадлежащие разным фазам, то обмотка называется двухслойной. В двигателях может быть различное число групп катушек, которые между собой соединяются последовательно.
В трехфазных синхронных и асинхронных электродвигателях обмотки статора расположены с шагом 120°, что позволяет создать вращающееся магнитное поле. В зависимости от величины питающего напряжения обмотки статора соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».
В однофазных двигателях имеются две группы обмоток, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 90°. Сдвиг фаз осуществляется благодаря конденсаторам, установленным параллельно одной из обмоток.
Класс нагревостойкости
В зависимости от условий эксплуатации для выполнения обмоток статора используются провода с различной термической стойкостью изоляции:
Устройство статора
Статор — неподвижная часть двигателя состоит из станины 1, сердечника 2, обмоток 3 (рисунок 7.1, а), подшипниковых щитов, закрывающих машину с торцов, и клеммной коробки, куда выводятся начала и концы обмоток и куда подключается питающая двигатель сеть.
Станина выполняется литой из чугуна, стали, алюминия или сплавов легких металлов — для маломощных двигателей. Для лучшего охлаждения внешняя поверхность станины иногда делается ребристой.
Станина является основой для всей машины, и к ней крепятся все остальные элементы. Чаще в верхней части станины делается круглое цилиндрическое отверстие, в которое вставляется сердечник и ротор.
Для уменьшения вихревых токов сердечник статора (магнитопровод) набирается из отштампованных кольцеобразных листов электротехнической стали толщиной 0,35…0,5 мм. В машинах большой мощности листы с обеих сторон покрываются изоляционным лаком (оксидной пленкой).
В пазы сердечника укладываются обмотки статора, чаще всего выполненные из медных изолированных проводов. Число обмоток у трехфазных машин делается кратным трем, следовательно, минимальное число обмоток — три. Каждая обмотка состоит из катушек (секций), число которых может быть от одной до нескольких. Катушки состоят из витков. Виток состоит из двух или нескольких параллельных проводников 1 и 2, которые размещаются в пазах, находящихся друг от друга на расстоянии шага обмотки у (рисунок 7.1, б). Начало и конец каждой обмотки маркируется и обозначается. Например, начала трех обмоток обозначаются буквами А, В, С, и они в клеммной коробке крепятся к клеммам С1, С2, С3 (рисунок 7.2). Концы этих обмоток соответственно Х, У, Z и крепятся к клеммам С4, С5, С6. Обмотки соединяются в звезду или треугольник.
Схема соединения зависит от номинального напряжения, на которое рассчитаны обмотки, и от напряжения питающей сети. Обычно в паспортных данных двигателя указывается напряжение, на которое рассчитаны обмотки, например Y/D 380V/220V. Это означает, что если в сети линейное напряжение Uл = 220 В, то соединять обмотки необходимо в треугольник (рисунок 7.2, а).
 |  |
Рисунок 7.1 — Статор асинхронного двигателя (а) и размещение обмоток в пазах (б)
Рисунок 7.2 — Клеммная коробка ТАД при включении обмоток по схеме:
а — «треугольник», б — «звезда»
Если же Uл = 380 В, то обмотки необходимо соединить в «звезду» (рисунок 7.2, б). Однако в любом случае на каждой обмотке будет Uном = UФ = 220 В.
Статор — понятие и принцип действия
Электрический двигатель – это машина, превращающая электрическую энергию в механическую. Работа любого электрического двигателя или генератора основана на условии взаимодействия магнитных полей статора и ротора.
Cтатор в разных типах электродвигателей
Статор – это неотъемлемый узел электрической машины, сохраняющий неподвижное состояние во время работы двигателя. Ротор – вращающаяся часть электрического мотора, передающая механическую энергию на выходной вал. Другое название ротора – якорь.
Синхронный или коллекторный двигатель
Электрический ток на ламели коллектора передается графитовыми щетками. Такой электродвигатель будет работать, как в сети постоянного, так и переменного тока. Пульсирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора, будет взаимодействовать с пульсирующим магнитным полем, генерируемым обмотками якоря. Ротор станет вращаться. Подобные электродвигатели широко применяются в различных бытовых и промышленных приборах: электродрелях, пылесосах, силовых приводах станков, электротранспорте.
Интересно. Двигатели такого типа имеют еще одно название – синхронные. Это означает, что скорость вращения ротора равна скорости вращения электромагнитного поля, возникающего в двигателе.
Асинхронные двигатели
Подавляющее количество электромоторов, применяющихся и в промышленности, и в быту, – это асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами. Такие двигатели применяются в трехфазных и однофазных сетях переменного тока.
Статорная конструкция собирается из большого количества стальных пластин и расположена в корпусе основания, отлитом из немагнитных металлов: чугуна или алюминия.
Материал пластин – электротехническая сталь. Пластины изолированы друг от друга специальным диэлектрическим лаком. В статоре имеются продольные пазы, где размещаются три обмотки, сдвинутые относительно оси вращения электромотора на 120 градусов друг от друга. Ротор также набирается из изолированных пластин электротехнической стали. В пазы ротора уложены стержни из алюминия, реже меди, соединенные по торцам контактными кольцами. Отсюда и название – короткозамкнутый ротор. Такая конструкция, называемая «беличьим колесом», играет роль обмотки ротора.
Ниже представлен вид асинхронного электродвигателя в разрезе. Хорошо видно, что такое наборный статор.
Обмотки двигателя могут подключаться к трехфазной электрической сети по схеме «треугольник» или «звезда».
Коммутация схемы производится в клеммной коробке двигателя, называемой борн или брно.
При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникают пульсирующие токи, которые вызывают появление в статоре вращающегося магнитного поля. Это поле пересекает токопроводящие стержни ротора, в которых индуцируются вторичные пульсирующие токи. Результатом становится появление магнитного поля в роторе. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют и заставляют вращаться стержни «беличьего колеса», вместе с тем и сам ротор. Якорь вращается со скоростью несколько меньшей, чем магнитное поле статора.
Величина этой разности называется скольжением и может составлять от 2 до 8 %. Из-за наличия скольжения двигатели подобной конструкции получили название – асинхронные. Эффект скольжения физически необходим для работы асинхронного двигателя – не будет отставания вращения ротора от магнитного поля статора, не будет индуцироваться ток в стержнях ротора, исчезнет магнитное поле в якоре, приводящее во вращение ротор.
Материал для статоров
Статорные и роторные узлы набираются из изолированных пластин электротехнической стали толщиной от 0,2 до 0,5 мм. В такой стали присутствует повышенное количество кремния (3-4,5 %). В результате сплав получает повышенное электрическое сопротивление и улучшенные магнитные характеристики. Малая толщина пластин и высокое удельное сопротивление существенно снижают паразитные вихревые токи Фуко в статоре и роторе. Это позволяет уменьшить нагрев узлов и деталей электродвигателя, повысить его электрический КПД.
Технология перемотки статора
Индикаторами нештатной работы электромотора являются:
В таком случае следует провести диагностику неисправности статора. Необходимо определить, как проверить статор на межвитковое замыкание мультиметром. Величина сопротивления обмоток указана в справочной литературе на конкретный двигатель. Проверив мультиметром сопротивление каждой из обмоток, можно определить дефектную. После чего необходимо перемотать одну или все обмотки статора.
Основные операции:
При правильно проведенном ремонте электромотор восстановит свои первоначальные характеристики.
Проверка якоря коллекторного двигателя
У якоря коллекторного электродвигателя надо проверять два основных типа неисправностей:
На заметку. К механическим неисправностям, как правило, относится выработка ресурса подшипников. Появляются сильный шум при работе двигателя, нагрев подшипников, продольный и радиальный люфт якоря.
Электрические неисправности включают в себя:
Следует рассмотреть, как проверить якорь на межвитковое замыкание. Сделать это удобно с помощью цифрового мультиметра либо, при его отсутствии, стрелочным тестером.
Как прозвонить якорь? Следует поочередно измерять сопротивление обмоток якоря, касаясь щупами мультиметра противоположных ламелей коллектора. Значительное отклонение величины сопротивления позволит узнать неисправную обмотку. Пробой на корпус проверяется мультиметром в диапазоне сопротивления 20 кОм. Один щуп присоединяется к валу ротора, другим поочередно касаются ламелей коллектора. Прибор должен показывать состояние «разрыв». По показанию мультиметра менее 20 кОм можно узнавать о неисправности обмотки, и, следовательно, необходимости ремонта якоря.
Ремонт электродвигателей
Проведение ремонта электродвигателей, такого, как перемотка статора или ротора, – операция ответственная и кропотливая. Необходимы определенные знания и навыки работы, опыт. Проще всего производится устранение механических неисправностей, обычно это замена подшипников и восстановление геометрии коллектора либо его полная замена. Также бывает необходимо поменять стесанные графитовые щетки, подающие ток на обмотки якоря.
При ремонте электрической части двигателя потребуются специальные материалы, обмоточный провод нужной марки, специальные инструменты и оснастка. Если речь идет о ремонте ограниченного количества электродвигателей, то лучше обратиться в специализированное ремонтное предприятие. Это целесообразно, как с точки зрения качества ремонта, так и экономики.
Для проведения ремонтных работ в больших количествах необходимо создать профильный участок ремонта, подобрать персонал, содержать определенное количество оборудования, материалов и комплектующих, иметь справочную литературу.
Теплоизоляция статора
Электродвигатель при работе подвержен достаточно сильному нагреву – до 100-145 0С. Для сохранения работоспособности, защиты деталей и узлов от перегрева на валу двигателя имеется крыльчатка вентилятора, производящая обдув ротора и статора. Кроме того, для защиты обмоток статора применяются различные термоизолирующие материалы, такие как:
Правильное технологическое применение таких теплоизоляционных компонентов обеспечивает долгую надежную и бесперебойную работу электродвигателей.
Защита статора тепловым реле
В процессе эксплуатации электродвигатель может потреблять повышенный ток из сети и испытывать сильный нагрев. Причины могут быть разные, например, слишком большая нагрузка на валу, частые включения и выключения мотора, повышенная температура окружающей среды. Такие нештатные режимы работы могут привести к перегреву статорных обмоток и выходу их из строя. Для предотвращения повреждения электродвигателя в статорной системе устанавливается один или два биметаллических тепловых реле – это термовыключатели, называемые кликсонами.
При повышении температуры статора выше положенного значения происходит размыкание биметаллического контакта кликсона. Термовыключатель размыкает цепь питания катушки управления силовым контактором, который подает напряжение на электромотор. Контактор отключает электромотор от силовой электросети. Дальнейшее включение контактора и, следовательно, электродвигателя возможно лишь после охлаждения обмоток статора и замыкания биметаллической пары термовыключателя.
Двигатели, применяемые в промышленности
В промышленности успешно применяются оба типа двигателей: и асинхронные с короткозамкнутым ротором, и синхронные коллекторные.
Первый тип устройств имеет важные достоинства:
Имеются и минусы:
Однако достоинства этих изделий многократно превосходят их недостатки.
К сведению. Асинхронные двигатели применяются в тех устройствах, где требуются постоянные режимы работы промышленного или транспортного оборудования. Например, в приводах всевозможных насосов, ленточных транспортеров, в системах вентиляции, в подъемных механизмах. Ниша асинхронных электрических машин занимает 65-75 % от общего объема применяемых электромоторов.
Синхронные, коллекторные двигатели имеют свои достоинства:
Недостатки, присущие коллекторным электромоторам:
Они применяются там, где необходимо плавное изменение угловых скоростей: это приводы станков, тяговые моторы электротранспорта, точные системы монтажа.
Оба типа двигателей находят массовое применение в промышленности и быту. Для их длительной и безотказной работы необходимо проведение регламентных работ, при необходимости и восстановительного ремонта, включающего перемотку обмоток статора и ротора.
Видео
Устройство машин постоянного тока
Устройство статора.
Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рис. 1.1, а общий вид с разрезом — на рис. 1.2.
Статор состоит из станины 1, главных полюсов 2, дополнительных полюсов 3, подшипниковых щитов 4 и щеточной траверсы со щетками 6.
Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и, кроме того, выполняет функцию магнитопровода.
Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты).
Дополнительные полюсы устанавливаются между главными и служат для улучшения условий коммутации.
Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или смеси графита с медью.
Устройство якоря.
Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рис. 1.1, 1.2, а, б) состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 5.
Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы. В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.
Коллектор (рис. 1.3) набран из медных пластин клинообразной формы, изолированных друг от друга, и корпуса 3миканитовыми прокладками 2, образующими в сборе цилиндр, который крепится на валу якоря.
Рис. 1.3
статор электродвигателя
Что такое асинхронный электродвигатель знает практически каждый человек, который хоть немного имеет отношение к технике. А вот как именно он работает и из чего состоит, знает не так много, даже тех, кто работает и использует такие двигателя. В статье будут детально рассмотрены основные составные части и принцип работы. Дадим ответы на вопросы:
Трехфазный асинхронный электродвигатель был изобретен русским, ученным М. О. Доливо-Добровольский, в 1889 году. Его основное предназначение – преобразование электрической энергии в механическую. благодаря свое эффективной работе и низкой стоимости он является одним из самых выпускаемых двигателей. Еще, соей популярности они обязаны, простоте своей эксплуатации.
Асинхронный электродвигатель применяется во всех отраслях промышленности. Их массово применяют для бытовых приборов. Как правило, используют двигателя, которые работают на переменном токе. Встретить их можно даже в детских игрушках.
Принцип работы основан на двух законах: магнитной индукции и законе Ампера. Первый закон описывает появление электродвижущих сил, под влиянием изменения магнитного поля, создаваемого статором. Второй закон описывает работу ротора, которая заключается в электрических зарядах, поступающих к проводнику, которые находятся внутри магнитного поля и объясняет распределение движущихся сил.
Что такое статор ЭД и его назначение?
Статор – это неподвижная часть двигателя, которая работает в паре с ротором. Статор состоит из основания и сердечника. Основание это цельный корпус, изготовленный из сплавов алюминия или чугуна. Сердечник изготовлен листовой электротехнической стали, толщина которой зависит от характеристик двигателя и оставляет от 0,35 до 0,5 мм. В статоре есть пазы, предназначенные для размещения обмотки. Обмотка – это свитые межу собой повода, соединенные параллельным способом, что позволяет при работе уменьшить возникающие вихревые токи. Трехфазная перемотка статора создает электромагнитное поле. В пазы устанавливают определенное количество катушек, которые соединятся между собой.
В случае поломки электродвигателя выполняется перемотка статора. Варианты перемоток зависят от типа изоляции. Изоляцию выбирают в зависимости от показателя максимального напряжения, температуры перемотки, типа паза и вида обмотки.
Используемый материал для обмотки – медная проволока. Перемотка осуществляется в один или два слоя, в зависимости от расположения катушек в пазах.
Ремонт ЭД начинается с очистки или продувки от грязи и пыли составных частей статора. Следующий шаг – разборка корпуса для замены обмотки. При помощи механических инструментов проводят срезку лицевой части статора, где находится перемотка.
Для того чтобы осуществить разборку статор необходимо нагреть до температуры 200 градусов, после чего снятие обмотки и катушек будет более простым. После того как статор разобран прочищаются пазы. В очищенные и подготовленные пазы устанавливают новую обмотку, используя готовые шаблоны. Установленные новые катушки необходимо покрыть лакоми и высушить при температуре 150 градусов, выдержав два часа.
Сопротивлением между корпусом и обмоткой проверять можно только после того, как была выдержана все технология сушки. Использование различного по диаметру кабеля позволяет проводить регулировку параметров работы ЭД.
Во время эксплуатации электродвигателя возможны ситуации, когда детали начинают перегреваться. Это связано с изменением потребляемого тока. Это происходит из-ща размыкания электрической цепи. Еще одна причина нагрева ЭД – износ подшипников. Это негативно сказывается работоспособности обмотки изоляции. Производители устанавливают на всех типах ЭД защиту от перегрева. Она следит и срабатывает в случаях:
Также для защиты статора применяется тепловое реле. Оно срабатывает, когда нагревается биметаллическая пластина, которая под воздействием пружины размыкает электрическую цепь. В исходное положение пластина возвращается при нажатии кнопки.
Реле, может встроенным в ЭД, а может быть приобретено как отдельная единица.
Что такое якорь в двигателе?
Якорем асинхронных электродвигателей за частую может называться ротор. И так, ротор – это подвижная часть ЭД, состоящий из цилиндра, который собран из листов специальной стали, предназначенной для электрических устройств. Эти листы одеты на вал. Роторы или же якоря бывают фазными и короткозамкнутыми. Трехфазная обмотка фазного ротора соединяется схемой «звезда» и имеют на валу контактные кольца. С помощью щеток к кольцам подключают:
Электродвигатели с фазным ротором устанавливают на машинах, работающих с переменными нагрузками.
Якорь практически не изнашивается при работе. Замене подлежат только щетки. В основном якорь подлежит только чистке от нагара, который появляется при нагреве обмотки статора. При нарушении базирования ротора из-за износа подшипников приводит возможны серьезные поломки, приводящие к остановке ЭД. Во избежание нежелательного простоя оборудования, ожидая замены ЭД, проводят профилактику.
Негативно на работу якоря влияет влага, которая привод к появлению коррозии на металлической поверхности, увеличивая трение, приводящее к возрастанию токовой нагрузки. Это приводит к чрезмерному нагреванию, оплавки контакта и искрению ЭД. По появлению искрения можно сделать вывод, что изжили свой срок службы токосъемники. Если же ЭД оказывается работать, то скорее всего замене подлежат щетки коллектора диэлектрик между пластинами. Возможно, произошло корытное замыкание цепи.
Об неисправности ЭД можно говорить если:
Видя эти нарушения в работе, рекомендовано отключить ЭД от сети питания и провести первичный осмотр, по результатам которого будет определена неисправность и двигатель отправлен на техническое обслуживание.
Что такое обмотки возбуждения?
Ротор – это постоянный магнит, а статор – это генератор переменного магнитного поя. Поле, которое создает статор неподвижно относительно него. Включив электродвигатель, исходного варианта никакой работы не произойдет, а статор будет находится под воздействием поля или без него. для того, чтобы заставить якорь вращаться необходима обмотка возбуждения. Основная функция обмотки возбуждения – менять полярность ротора, таким образом, задавая ему вращательное движение. При достижении необходимых оборотов обмотка возбуждения отключается.