Ротор и статор электродвигателя: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Задевание ротора за статор. Износ контактных колец и щеток

ПОВЫШЕННЫЙ ИЗНОС И ПОВРЕЖДЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
25. Задевание ротора за статор


Причиной этой неисправности может быть неправильная сборка электродвигателя, имеющего подшипники на стойках. Значительно реже эта причина встречается в электродвигателях с встроенными в шиты подшипниками. Недостатки сборки обычно проявляются сразу же после установки электродвигателя, и при тщательном контроле их можно избежать.
К задеванию ротора за статор могут также привести: деформация магнитопровода статора или ротора, изгиб вала, который обычно происходит при транспортировке или установке двигателя. Наиболее вероятными причинами задевания ротора за статор в процессе эксплуатации являются: повышенный износ или повреждение подшипников, повышенное неуравновешенное магнитное притяжение, большой размах вибрации. Характерным признаком задевания ротора за статор являются затруднение при пуске (иногда невозможность пуска), пониженная скорость вращения, шум электродвигателя низкого тона, поперечные вибрации ротора, появление дыма. На соприкасающихся поверхностях статора и ротора остаются следы в виде полированных участков, покрытых пленкой цветного окисла, а иногда имеют место изгиб зубцов и повреждение обмотки. При всех перечисленных признаках следует проверить величину зазора между статором и ротором. Измерение зазора производят щупом, состоящим из наборе калиброванных пластин. Для более точного измерения необходимо щуп вводить параллельно оси машины по зубцу статора в местах, свободных от лака и грязи, и не попадать на клин паза или бандаж. Зазор измеряют в четырех местах по окружности статора с обеих сторон. В некоторых закрытых электродвигателях измерение зазора производят в трех местах по окружности статора через специальные отверстия в подшипниковых щитах. В рабочем состоянии электродвигателя эти отверстия закрыты крышками, и для измерения зазора необходимо снять эти крышки. Измерения следует повторить для нескольких положений ротора. Если получаются различные величины зазора по окружности статора и они повторяются при повороте ротора, то вероятными причинами неисправности могут быть: смещение подшипниковых стоек относительно статора, деформация магнитопровода статора, износ или повреждение подшипников. В этом случае следы касания имеются на небольшом участке внутренней поверхности статора и по всей окружности ротора. При изгибе вала, отклонении формы магнитопровода от кругового цилиндра или смещении его оси зазор зависит от положения ротора. Следы касания получаются по всей окружности статора и на небольшом участке поверхности ротора. Изгиб вала может быть вызван остаточной деформацией или же упругой деформацией вследствие большого натяжения ремня, поэтому следует проверить размер зазора и при снятом приводном ремне.
Измеренные величины зазора должны укладываться в пределы 0,9-1,1 среднего значения всех измерений. Повышенная неравномерность зазора может стать причиной задевания ротора за статор вследствие упругой деформации вала под влиянием односторонней силы магнитного притяжения.
Износ подшипников скольжения или повреждение подшипников качения может явиться причиной касания ротором статора при отключенном электродвигателе. Пуск электродвигателя в этом случае невозможен.
Деформация магнитопровода статора или ротора наиболее вероятна у электродвигателей средней и большой мощности» у которых магнитопроводы собраны из отдельных кольцевых секторов. Недостаточная жесткость конструктивных элементов крепления секторов может привести к нарушению формы магнитопровода и размеров зазора.
Большая величина односторонней силы магнитного притяжения может быть вызвана нарушением электромагнитной симметрии электродвигателя вследствие коротких замыканий в обмотках или неправильным соединением обмоток. Признаком этой неисправности является значительное местное нагревание обмотки и повышенная интенсивность шума, как указано в разделе 8.

26. Износ контактных колец и щеток

Переход тока в скользящем контакте зависит от состояния и условий работы щеток и контактных колец. Литые кольца из бронзы и чугуна могут иметь поры, усадочные раковины, различную твердость и различную структуру материала. Кольца с указанными недостатками при трении о щетки изнашиваются неравномерно и на рабочей поверхности их образуются пятна, т.е. участки темного цвета с пониженной чистотой поверхности. Стальные и латунные кольца кованые или из прокатанной заготовки имеют улучшенную структуру материала и поверхность одинаковой чистоты.
Если электродвигатель не работает продолжительное время, то на кольцах возникают пятна в местах соприкосновения со щетками вследствие электрохимических процессов. Образование пятен происходит особенно интенсивно на стальных кольцах с электрографитирова иными щетками при влажном воздухе.
Неодинаковая чистота поверхности участков кольца обусловливает различные условия трения и появление поперечных вибраций щетки, которые сопровождаются искрением. Электрическая дуга вызывает испарение металла кольца и дальнейшее разрушение его поверхности.
Искрение под щетками может быть вызвано также периодическим нарушением контакта поперечными вибрациями электродвигателя (см. раздел 18) или смещением геометрической оси колец с оси вращения («биением» колец). Последнюю неисправность легко выявить, если нажать изолированным стержнем на щетку: радиальные перемещения щетки с частотой вращения указывают на эксцентричное положение кольца. Причина этой неисправности может быть следствием неумелой проточки кольца или ослабления крепления его на втулке.
Масляная пленка на поверхности контактных колец, образующаяся при вытекании масла из подшипника, увеличивает переходное сопротивление скользящего контакта, поэтому рекомендуется периодически протирать, кольца чистой тряпкой.
Устранение пятен и эксцентриситета кольца достигается его проточкой с последующей шлифовкой. Предварительно следует убедиться в плотности посадки колец на валу. При механической обработке колец необходимо предохранить обмотку от попадания в нее стружек, а в случае если эта операция производится в подшипниках электродвигателя, необходимо, также защитить подшипники от попадания в них металлической и абразивной пыли.
Для предупреждения образования пятен вследствие химических процессов при продолжительной остановке электродвигателя, а также при хранении на складе рекомендуется прокладывать между щетками и контактными кольцами электрокартон или другой изоляционный материал.
При нормальных условиях эксплуатации износ щеток значительно больше, чем износ колец, поэтому щетки являются сменными деталями электродвигателя, запас которых должен быть на складе.
Искрение под щетками является признаком плохой работы скользящего контакта. Причины искрения связаны с описанными ранее повреждениями рабочей поверхности контактного кольца и с вибрацией электродвигателя, а также с плохим состоянием рабочей поверхности щеток, с недостатками выполнения и закрепления щеткодержателей.
Наиболее вероятной причиной искрения под вновь установленными щетками является плохая подгонка рабочей поверхности щетки, когда вследствие малой поверхности соприкосновения щетки с кольцом плотность тока в контакте становится очень большой и нарушается равномерное распределение тока между параллельно включенными щетками. Качество подгонки щетки проверяется при осмотре ее рабочей поверхности. Поверхность контакта должна быть гладкой и блестящей, а размеры ее должны быть наибольшими при выбранном поперечном сечении щетки. Шлифовку рабочей поверхности щетки производят стеклянной (не наждачной) бумагой. Для этого между кольцом и щеткой прокладывают полоску стеклянной бумаги шириной на 3—5 мм больше ширины щетки и протягивают ее по окружности кольца при нормальном положении щеткодержателя. Правильная кривизна поверхности получается, если полоска стеклянной бумаги плотно прилегает к кольцу, при выпрямлении полоски края щетки будут спилены и площадь контакта уменьшена.
Ширина щетки должна быть меньше ширины кольца, а осевой зазор в подшипниках электродвигателя ограничен минимальной величиной. Если при износе щетки наблюдается образование выступающей кромки или заметны сколы на боковой грани щетки вследствие обламывания этой кромки, то следует проверить положение щетки относительно кольца и отрегулировать его таким образом, чтобы щетка в рабочем состоянии занимала среднюю часть ширины кольца и при возможных продольных смещениях ротора (см. рис. 29, а), полностью соприкасалась с кольцом.
В асинхронных двигателях применяется два типа щеткодержателя: с рычагом для закрепления щетки и с направляющей обоймой для щетки. Первый тип щеткодержателя используется в электродвигателях небольшой мощности, когда по допускаемой плотности тока достаточна одна щетка на кольце, но для надежности работы скользящего контакта ставится не менее двух щеткодержателей со щетками. Щеткодержатель второго типа занимает мало места по окружности кольца, и установка таких щеткодержателей в крупных электродвигателях позволяет разместить необходимое количество щеток.

Рис. 34. Проверка нажатия щетки на кольцо

Пружина через рычаг щеткодержателя должна обеспечивать давление щетки на кольцо 1,5—2,5 и сохранять это давление независимо от высоты щетки. Рекомендуемое давление для различных марок щеток приведено в ГОСТ 2332-63, по этому давлению и площади контакта рассчитывается необходимая сила пружины. Износ щеток от трения уменьшается при уменьшении давления, однако при этом может возникнуть искрение вследствие нарушения контакта, вызванного вибрациями электродвигателя. Поэтому целесообразно устанавливать минимальное нажатие рычага не щетку, обеспечивающее надежный контакт. Проверка нажатия производится динамометром, прикрепленным к рычагу щеткодержателя (рис. 34).

Для получения правильных результатов динамометр следует прикреплять к середине щетки и направлять его по радиусу кольца. Под щетку целесообразно подложить полоску бумаги и постепенно увеличивать натяжение пружины динамометра. Отсчет по динамометру следует произвести в момент освобождения этой полоски.
В щеткодержателе первого типа регулирование нажатия производится поворотом хомутика на пальце, после регулирования хомутик должен быть надежно закреплен стопорным винтом. Щеткодержатели второго типа имеют различные конструктивные решения для регулирования нажатия щетки на кольцо.
Неравномерное распределение тока между щетками происходит вследствие плохого контакта в цепи щеткодержателей и токоподводов, неодинакового нажатия на щетки или применения щеток с различными характеристиками. Для выявления этих неисправностей необходимо проверить все контакты токоподводов и измерить нажатие на щетки. Следует применять щетки только одной марки, по крайней мере на одном кольце.
Нарушение контакта между щеткой и кольцом может быть вызвано неисправностью шарнирных соединений щеткодержателя, плохим закреплением его или тугой посадкой щетки в обойме. Поворот рычага щеткодержателя должен происходить плавно и при небольшом усилии. Перемещение конца рычага (с закрепленной щеткой) вдоль оси электродвигателя должно быть минимальным, чтобы сохранялся контакт щетки с кольцом по всей ее рабочей поверхности при возможных осевых смещениях ротора.
Размеры щетки должны соответствовать размерам обоймы. При увеличенных размерах щетки затрудняется ее перемещение в обойме и рекомендуемое давление пружины щеткодержателя может оказаться недостаточным для создания надежного скользящего контакта. При уменьшенных размерах щетки возможно периодическое изменение положения ее в обойме и дробление контактной поверхности на несколько частей. Для выявления этих недостатков необходимо проверить величину зазора между щеткой и щеткодержателем и состояние рабочей поверхности щетки. Величина зазора должна быть в пределах 0,2—0,3 мм, и рабочая поверхность щетки должна иметь одну непрерывную кривизну. При малом зазоре необходимо произвести шлифовку щетки, при этом следует обратить внимание на следы деформации — блестящую поверхность. При большом зазоре необходимо заменить щетку.
Расстояние между обоймой и кольцом должно быть не более 2 мм.
Внимательный уход и своевременное устранение замеченных неисправностей способствуют увеличению времени работы электродвигателя без капитального ремонта, уменьшению объема ремонта и в ряде случаев позволяет избежать аварий и вынужденного простоя оборудования.

Производство деталей для ротора и статора

Современные электродвигатели очень популярны. Они нашли широкое применение в разных сферах: в машиностроении, в сельском хозяйстве. Также они часто используются в атомной, нефтехимической, горнодобывающей, пищевой и деревообрабатывающей промышленности.

Такая востребованность объясняется их существенным преимуществом по сравнению с другими двигателями. Электродвигатели отличаются высокой надежностью, простотой обслуживания и возможностью работы от сети переменного тока.

Ротор и статор — это важнейшие элементы электродвигателя, без которых он не смог бы существовать. Что они из себя представляют?

Заставить двигатель крутиться — вот основная задача ротора. Он являет собой подвижную часть механизма, вращающуюся благодаря магнитному полю. Оно же, в свою очередь, создается за счет проводов, расположенных таким образом, что вокруг оси ротора происходит нарастание крутящего момента.

Кроме ротора в электродвигателе есть статор. В отличие от крутящегося ротора, статор всегда остается неподвижным и фиксируется в определенном положении. В большинстве случаев ротор  — это цельная массивная конструкция,

помещенная во внутрь статора, с напресованным на его поверхность магнитопроводом (сердечником).

Компания «Риваль Лазер» изготавливает роторы из электротехнической стали на новых современных станках. Выполняются роторы в виде дисков и крупных ободов.

Наши изделия высоко ценят крупные предприятия. Одно из них является крупнейшим поставщиком двигателей для российский железных дорог. Мы же производим  роторы и статоры для этих электродвигателей, способных работать даже в самых экстремальных условиях эксплуатации.

Они устойчивы к агрессивной среде. К аномально низким и высоким температурам. Такие электродвигатели сохраняют свои прочностные качества при высоких механических нагрузках и не деформируются.

 

Вся наша продукция делается по индивидуальным чертежам заказчика любой сложности. Наличие собственного оборудования дает нам возможность осуществлять контроль качества на всех этапах производства.

Вместе с высоким качеством своей продукции мы также предлагаем выгодные ценовые условия, оптимальный срок выполнения заказа и доставку по всей территории России.

 

Убедитесь в этом сами. Звоните на бесплатный номер 8-800-707-66-52 или закажите обратный звонок на нашем сайте.

Металлообработка — основной вид деятельности компании «Риваль Лазер».

Мы специализируемся на работе с черными и цветными металлами и предлагаем весь цикл услуг их обработки: от резки и гибки заготовок до порошковой покраски и дробеструйной обработки.

Мы предлагаем выгодные условия сотрудничества для предприятий металлургической, машиностроительной и других отраслей производства и работаем по всей России, СНГ и Европе.

Основные достоинства вентильных реактивных электродвигателей / генераторов

Простая конструкция

Ротор и статор выполнены в виде пакетов листового магнитомягкого материала. На роторе ВРД отсутствуют обмотки и постоянные магниты. Фазные обмотки находятся только на статоре. Для уменьшения трудоемкости катушки обмотки якоря могут изготавливаться отдельно, а затем надеваться на полюсы статора.

Рис. 1. Полюсная катушка статора (25 витков медного провода диаметром 2 мм)
Рис. 2. Листы статора и ротора из магнитомягкого материала (сталь электротехническая 3411-3415 толщиной 0,35 мм)
Высокая ремонтопригодность

Простота обмотки якоря повышает ремонтопригодность ВРД/ВРГ, т. к. для ремонта достаточно сменить вышедшую из строя катушку.

Отсутствие механического коммутатора

Управление электромеханическим преобразователем электропривода/генератора осуществляется с помощью высокоэффективных силовых полупроводниковых элементов — IGBT или MOSFET (HEXFET) транзисторов, надежность которых существенно превышает надежность любых механических деталей, например: коллекторов, щеток, подшипников.

Отсутствие постоянных магнитов

ВРД/ВРГ не содержит постоянных магнитов ни на роторе, ни на статоре, при этом он успешно конкурирует по характеристикам с вентильными электрическими двигателями с постоянными магнитами (ВЭДПМ). В среднем, при одинаковых электрических и весогабаритных характеристиках ВРД/ВРГ имеет в 4 раза меньшую стоимость, значительно большую надежность, более широкий диапазон частот вращения, более широкий диапазон рабочих температур. Конструктивно, по сравнению с ВЭДПМ, ВРД/ВРГ не имеет ограничения по мощности (практически, мощность ВЭДПМ ограничивается пределом около 20-40 кВТ).

ВЭДПМ требуют защиты от металлической пыли, боятся перегрева и сильных электромагнитных полей, в случае короткого замыкания обмотки превращаются в самовозгорающуюся систему. Вентильные реактивные электродвигатели/генераторы свободны от всех этих недостатков.

На роторе отсутствует обмотка

Ротор не имеет обмотки и выполнен в виде пакета листового магнитомягкого материала, например из обычной электротехнической стали.

Малое количество меди

На изготовление ВРД/ВРГ требуется в среднем 2-3 раза меньше меди, чем для коллекторного электродвигателя такой же мощности, и в 1,3 раза меньше меди, чем для асинхронного электродвигателя.

Tепловыделение происходит в основном только на статоре, при этом легко обеспечивается герметичная конструкция, воздушное или водяное охлаждение

В рабочем режиме не требуется охлаждение ротора. Для охлаждения ВРД/ВРГ достаточно использовать наружную поверхность статора.

Высокие массогабаритные характеристики

В большинстве случаев ВРД/ВРГ может быть выполнен с полым ротором.

Толщина спинки ротора при этом должна быть не менее половины ширины полюса. Подбором количества полюсов статора и ротора могут быть оптимизированы массогабаритные характеристики электродвигателя/генератора, его мощность при заданном моменте и диапазоне частоты вращения.

Низкая трудоемкость

Простота конструкции ВРД/ВРГ снижает трудоемкость его изготовления. В сущности, его можно изготовить даже на не специализирующемся в области электромашиностроения промышленном предприятии. Для серийного производства ВРД/ВРГ требуется обычное механическое оборудование — штампы для изготовления шихтованных сердечников статора и ротора, токарные и фрезерные станки для обработки валов и корпусных деталей. Трудоемкие и сложные в технологическом отношении операции, например изготовление коллектора и щеток коллекторного электродвигателя или заливка клетки ротора асинхронного двигателя, здесь отсутствуют. По предварительным оценкам трудоемкость изготовления ЭМП вентильного реактивного электродвигателя составляет на 70% меньше трудоемкости изготовления коллекторного и на 40% меньше трудоемкости изготовления асинхронного электродвигателя.

Гибкость компоновки

Простота обмотки якоря и отсутствие обмотки и магнитов на роторе обеспечивает ВРД/ВРГ высокую гибкость компоновки. Конструкция электродвигателя/генератора может быть плоской, вытянутой, обращенной, секторной, линейной. Для выпуска целого типоряда электродвигателей/генераторов с различной мощностью можно использовать один и тот же комплект штампов для вырубки ротора и статора, поскольку для увеличения мощности достаточно увеличить соответственно длину набора ротора и статора. Не составляет труда изготовление машины с расположением статора как снаружи ротора, так и наоборот, а также встраивание электроники в корпус машины. Изменение коэффициента электромагнитной редукции позволяет создавать машины для облегченных и, напротив, тяжелых условий работы, включая моментные двигатели. Для привода некоторых рабочих машин выгоднее иметь линейные электродвигатели с возвратно-поступательным перемещением зубцового штока (аналога ротора). В ряде случаев может быть использована давно известная, но неэффективная в случае асинхронного электродвигателя конструкция дугостаторной машины, статор которой охватывает доступную для размещения дугу окружности ротора, в качестве которого может использоваться вал с зубчатым колесом.

На рисунках ниже приведены примеры некоторых возможных конструкций вентильных реактивных электродвигателей/генераторов. Синим цветом выделена подвижная часть электрической машины, зеленым — статор, красным — обмотки, серым — несущая конструкция.

С вращающимся ротором.
Секторные.
дугостаторный с внутренним ротором
дугостаторный моментный
Линейные.
линейный односторонний
линейный 2-, 4-сторонний или с круглым штоком
 
линейный моментный односторонний
линейный моментный

2-, 4-сторонний или с круглым штоком
Высокая надежность

Простота конструкции обеспечивает ВРД/ВРГ более высокую безотказность, чем безотказность других типов электрических машин.

Конструктивная и электрическая независимость фазных обмоток обеспечивает работоспособность ВРД даже в случае полного замыкания полюсной катушки одной из фаз. ВРГ остается работоспособным даже после выхода из строя одной или двух фаз.

Широкий диапазон частот вращения: от единиц до сотен тысяч об/мин

Электромагнитная редукция позволяет создавать малогабаритные «моментные» электродвигатели для приводов роботов, манипуляторов и других низкооборотных механизмов или низкооборотные высокоэффективные генераторы для ветровых или волновых электростанций. В то же время частота вращения быстроходных ВРД/ВРГ может превышать 100000 об/мин.

Высокий КПД в широком диапазоне частот вращения

Практически достижимый КПД вентильного реактивного электродвигателя/генератора мощностью 1 КВт может доходить до 90 % в диапазоне 5-10-кратной перестройки частоты вращения. КПД более мощных электрических машин может достигать 95-98 %.

ВРД часто путают с синхронным реактивным электродвигателем (СРД), обмотки якоря которого питаются синусоидально изменяющимися напряжениями без обратной связи по положению ротора.

СРД имеет низкий КПД, который не превышает 50 % для маломощных электродвигателей и до 70 % для мощных электрических машин.

Импульсный характер питания ЭМП обеспечивает удобную стыковку с современной цифровой электроникой

Поскольку ВРД/ВРГ питается (возбуждается) однополярными импульсами, для управления ЭМП требуется простой электронный коммутатор. Управляя скважностью импульсов силовых транзисторов электронного коммутатора можно плавно изменять форму импульсов тока фазных обмоток электродвигателя или генератора.

Электронное управление электрическими и механическими характеристиками, режимом работы

Естественная механическая характеристика ВРД/ВРГ определяется реактивным принципом действия электрической машины и близка к гиперболической форме. Основное свойство такой характеристики — постоянство мощности на валу машины — оказывается чрезвычайно полезным для электроприводов с ограниченной мощностью источника, так как при этом легко реализуется условие его неперегружаемости. Применение замкнутой системы управления с обратными связями по скорости и нагрузке позволяет получить механические характеристики любой заданной формы, включая абсолютно жесткие (астатические), и не ведет к какому либо усложнению системы управления, так как ее процессор обладает большой избыточностью по числу входов и выходов, быстродействию и памяти. Фактически поле доступных механических характеристик непрерывным образом покрывает все четыре квадранта плоскости момент-скорость в пределах области ограничений конкретного электропривода.

Низкая стоимость электромеханического преобразователя

Стоимость ВРД оказывается самой низкой из всех известных конструкций электрических машин. Дорогостоящим в рассматриваемой системе электропривода можно считать электронный преобразователь, который является обязательным элементом всех современных регулируемых электроприводов. Однако, цены на изделия силовой электроники по мере развития масштабов производства имеют устойчивую тенденцию к снижению. Исключение из состава ВРД/ВРГ коммутационных аппаратов, для изготовления которых необходима непрерывно дорожающая медь, также способствует уменьшению стоимости.

Наконец, экономическая эффективность ВРД повышается также в результате существенно меньшего расхода электроэнергии, обусловленного высоким КПД электродвигателя и применением наиболее экономичных стратегий управления в динамических режимах работы.

Что такое якорь и индуктор, статор и ротор и чем они отличаются? | Электроинформация

Нередко при описании устройства или работы электродвигателей и генераторов упоминается про их ротор и статор. Разумеется, понятно что это части этих электрических машин. Но в некоторых случаях вместо слова ротор употребляют слово якорь. Обычно так говорят про электродвигатели постоянного тока. Однако, иногда слово якорь могут употреблять и для других электрических машин. Возникает вопрос: якорь и ротор — это одно и тоже? Или же в разных условиях они называются по разному?

Якорь и индуктор или статор и ротор?

Ротор и статор

Проще всего разобраться с понятиями ротор и статор. Потому как их физическое состояние определяет их название. Иначе говоря, термины ротор и статор обозначают части электрических машин в отношении физического перемещения этих частей относительно друг друга. К тому же, каждый из этих терминов относится всегда к одной и той-же конкретной и неизменной части электромашины. Чуть сложнее понять что такое якорь и  индуктор. Так как они могут означать совершенно разные части машин в разных условиях.

Предположительно слово статор происходит от латинского sto — стою. А уже с латыни было образовано английское stator. То есть, статор является неподвижной (статичной) частью электрогенератора или электродвигателя. Для того, чтобы электрическая машина производила какую-нибудь работу, надо чтобы статор взаимодействовал с ротором. Взаимодействие это происходит посредством электромагнитной индукции.

Статор и ротор асинхронного электродвигателя

Слово ротор вероятно происходит от латинского rota — колесо, roto — вращаюсь. То есть, ротор представляет подвижную (обычно вращающуюся) часть электрической машины. Изготавливают ротор преимущественно в форме цилиндра или диска. По замыслу, ротор связан с каким-либо валом. Посредством этого вала, он или приводится в движение (генератор) или сам приводит в движение какую-либо машину (электродвигатель).

Якорь

Электротехнический термин якорь обычно относится к одной из частей электрических машин имеющих обмотки. Однако, этот термин может относится и к подвижной части магнитопровода реле или электромагнита. В электрических машинах якорь может быть как статором, так и ротором. Все зависит от обстоятельств. ГОСТ 27471-87 (Машины электрические вращающиеся. Определения) даёт якорю такое обозначение

Часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины переменного тока, в которой индуктируется эдс и протекает ток нагрузки.

Обычно на практике под понятием якорь имеется в виду часть электродвигателя, по обмоткам которой при работе протекает электрический ток сети. То есть, якорем является та часть электродвигателя, к обмоткам которой подключено питание (рабочая обмотка). Для генератора же под якорем подразумевается та его часть, с которой снимается вырабатываемое напряжение. Например, в коллекторном двигателе постоянного тока якорем является ротор. А в бесколлекторном двигателе постоянного тока якорем будет статор. Для синхронных генераторов переменного тока, чаще всего, якорь — это статор. Хотя у некоторых маломощных генераторов, якорь — это ротор, с которого вырабатываемое напряжение снимается через щётки.

Якорь коллекторного двигателя постоянного тока

Примером якоря могут служить большинство роторов от двигателей для недорогих ручных электроинструментов. Потому как в таких инструментах электродвигатели коллекторные. То есть, на роторе расположен коллектор, на который подается напряжение с помощью графитовых щеток. Другими словами, все роторы с коллекторами являются якорями. Однако, не стоит путать коллектор с контактными или токосъёмными кольцами, расположенными на роторе некоторых электромашин. Контактные кольца имеют устройство непрерывной однородной окружности. Коллектор же состоит из множества пластинок — ламелей, изолированных друг от друга.

Индуктор

Тот же ГОСТ 27471-87 (Машины электрические вращающиеся. Определения) говорит что индуктор — это

Статор или ротор синхронной машины, на котором размещены постоянные магниты или обмотка возбуждения.

Иначе говоря, индуктор (обмотка возбуждения) — это часть электрической машины которая индуктирует (наводит) магнитное поле в якорь на рабочую обмотку. К примеру, для синхронного генератора индуктором будет ротор. А для коллекторного двигателя постоянного тока индуктором будет статор.

Иногда якорь и индуктор могут быть одной часть электрической машины. Например, синхронная машина у которой статор выполняет роль якоря и индуктора называется индукторной машиной. А вот для асинхронных машин термины якорь и индуктор не употребляется вообще. Потому как в них якорем можно считать как статор, так и ротор.

Индуктор синхронного генератора переменного электрического тока

Индуктор называется так потому что индуктирует (наводит) магнитный поток в обмотку якоря. А вот почему якорь называется якорем не понятно. Иногда дают следующее объяснение. Если якорь расположен на роторе, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора). То есть, если магнитное поле якоря неподвижно, то оно как бы стоит на якоре. Потому и называется — «якорь». Однако, если якорь на статоре, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора). Потому такое объяснение этимологию термина «якорь» не объясняет. Скорее это слово ведет свое происхождение от металлического бруска с крючком который назывался «якорем магнита». Название он получил за форму схожую с морским якорем. Такой крючок служил для того, чтобы повесив на него груз, можно было определить «силу притяжения» магнита.

Для вашего удобства подборка публикаций

Электромагнитная индукция

Что такое фаза, ноль и земля в электротехнике

Где в розетке плюс, а где минус?

Главная страница

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии (Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт)

Статор и ротор — что это такое?

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

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.

Электродвигатель с короткозамкнутым ротором более дешевый в производстве, надежен в эксплуатации, имеет жесткую механическую характеристику, т. е. при изменении нагрузки от нуля до номинальной частота вращения машины уменьшается всего на 2—5%.

К недостаткам этих двигателей относятся трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах, сравнительно небольшой пусковой момент, а также большие пусковые токи, в 5—7 раз превышающие номинальный.

Электродвигатель с короткозамкнутым ротором представлен на рис. 5.

Асинхронный электродвигатель имеет неподвижную часть — статор, на котором расположена обмотка 1, создающая вращающееся магнитное поле, и подвижную часть — ротор, в котором создается электромагнитный момент, приводящий во вращение сам ротор и исполнительный механизм.

Рис. 5. Асинхронный короткозамкнутый двигатель серии 4А со способом защиты IP44. Стрелками показана схема движения охлаждающего воздуха: I — обмотка статора; 2 — сердечник статора; 3 — сердечник ротора; 4 — обмотка ротора

Сердечники статора 2 и ротора 3 набираются из изолированных листов электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм. Изоляция листов статора — лаковая пленка, ротора — окалина, образующаяся в процессе прокатки. Листы статора и ротора имеют пазы, в которых размещаются обмотки статора 1 и ротора 4.

Короткозамкнутая обмотка ротора (рис. 7) обычно выполняется литой из алюминиевого сплава. В процессе заливки образуются как стержни (проводники) обмотки, расположенные в пазах, так и замыкающие их накоротко кольца, расположенные вне сердечника ротора.

Кольца могут быть снабжены вентиляционными лопатками для улучшения вентиляции двигателя и теплоотвода от обмотки ротора. Отсутствие изоляции обмотки ротора обеспечивает хороший отвод тепла от обмотки к сердечнику.

Рис. 7. Литая алюминиевая беличья клетка ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя (с короткозамыкающим кольцом и вентиляционными лопатками)

Электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет ряд конструктивных исполнений по форме пазов на роторе (рис. 8). Форма пазов ротора выбирается в зависимости от требований к пусковым характеристикам двигателя. Наиболее рациональными для пазов ротора с одной клеткой являются трапецеидальные овальные пазы II, III, V (рис. 8). Ротор называется глубокопазным, если высота паза ротора превышает глубину проникновения магнитного поля (для обмоток из алюминия двигателей промышленной частотой 50 Гц эта глубина равна 15 мм). В тех случаях, когда требуются большие значения пускового момента, применяется ротор с двойной клеткой (пазы VII—IX на рис. 8), причем пазы VIII в этом случае могут чередоваться (рис. 8).

Пазы, как видно из рис. 8, могут быть закрытыми (III, V) или полузакрытыми. Короткозамыкающие кольца в случае литых двойных клеток выполняются общими для обеих клеток. В ряде случаев обмотка двухклеточного двигателя выполняется из цветных металлов на основе меди. Тогда внешняя обмотка изготавливается из латуни или специальной бронзы, благодаря чему обеспечивается относительно большое ее активное сопротивление. Эта обмотка выполняет функции пусковой в  асинхронном двигателе.

Другая обмотка ротора — внутренняя — изготовляется из меди с минимальным активным сопротивлением. Она выполняет функции основной рабочей обмотки двигателя. Обе обмотки могут иметь круглые пазы IX (рис. 8), однако внутренняя обмотка в ряде случаев выполняется прямоугольной или овальной формы VII (рис. 8). Короткозамыкающие торцевые кольца для обеих обмоток обычно изготовляются из меди.

Существуют другие модификации пазов ротора (бутылочного и трапецеидального профиля), однако описанные выше являются наиболее характерными для асинхронных двигателей.

Рис. 8. Пазы короткозамкнутых роторов с одной клеткой (I—VI) и с двойной клеткой (VII—IX)

Инструкция по предупреждению повреждения изоляции обмотки

Около 80% аварий электрических машин связано с повреждением обмотки статора. Высокая повреждаемость обмотки объясняется тяжелыми условиями работы и недостаточной стабильностью электрических свойств изоляционных материалов. В результате повреждения изоляции может произойти замыкание между обмоткой и магнитопроводом, замыкание между витками катушек или между фазными обмотками.
Причины повреждения обмоток статора асинхронных электродвигателей
Основной причиной повреждения изоляции является резкое снижение электрической прочности под влиянием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки, попадания в электродвигатель металлической стружки, металлической и другой проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров различных жидкостей, продолжительной работы электродвигателя при повышенной температуре обмотки, естественного старения изоляции.  
Увлажнение обмотки может произойти вследствие продолжительного хранения электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном электродвигателе увлажнение может произойти при длительном неподвижном состоянии, особенно при повышенной влажности окружающего воздуха или при попадании воды непосредственно в электродвигатель вследствие плохой герметичности.
Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя необходимы хорошая вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в холодное время года. В периоды длительных остановок электродвигателя при сырой и туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты. 
Загрязнение обмотки электродвигателя происходит главным образом вследствие использования для охлаждения недостаточно чистого воздуха. Вместе с охлаждающим воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и металлическая пыль, сажа, пары и капли различных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колец образуется проводящая пыль, которая при встроенных контактных кольцах оседает на обмотках электродвигателя. 
Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за электродвигателем и тщательной очисткой охлаждающего воздуха. Необходимо периодически осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязи и в случае необходимости производить мелкий ремонт изоляции. При повышенном нагревании, а также в результате естественного старения изоляция в значительной мере утрачивает механическую прочность, становится хрупкой и гигроскопичной. 
При длительной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается. Изоляция обмотки может быть повреждена: из-за небрежной сборки и транспортировки электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора или бандажа ротора, в результате задевания ротора за статор.
Сопротивление изоляции обмотки статора асинхронных электродвигателей
О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Минимальное сопротивление изоляции зависит от напряжения U, В, электродвигателя и его мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и между разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно быть не менее 0,5 МОм. 
При температуре ниже рабочей это сопротивление необходимо удваивать на каждые 20° С (полные или неполные) разности между рабочей температурой и той температурой, для которой оно определяется. 
Измерение сопротивления изоляции электрических машин
Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором — мегомметром. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегомметра 1000 В. Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде.
Способы сушки асинхронных электродвигателей
Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия: внизу для входа холодного воздуха и вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке. 
Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание появления механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не должна превышать 120°С при изоляции класса А и 150° С при изоляции класса В. 
В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15—20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления. При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредствено в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при этом фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения. 
Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно. Для сушки может быть использована энергия потерь в магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей окружности, она может быть сосредоточена на статоре в наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1) Т в начале сушки и (0,5-0,6) Т в конце сушки. 
Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке. 
Методы определения места повреждения изоляции обмотки 
Прежде всего необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или по крайней мере проверить целость изоляции Определение места повреждения изоляции двумя вольтметрами. Определение катушечной группы с поврежденной изоляцией контрольной лампой. При этом удается выявить фазную обмотку с поврежденной изоляцией. 
Для определения места повреждения могут быть использованы различные методы: метод измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом, метод определения направления тока в частях обмотки, метод деления обмотки на части и метод «прожигания». При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение и вольтметрами измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки. 
Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с магнитопроводрм, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное. 
У катушечной группы с поврежденной изоляцией отклонение стрелки будет зависеть от того, к какому из концов ближе место повреждения изоляции; кроме того, величина напряжения на концах этой катушечной группы будет меньше, чем на других катушечных группах, если повреждение изоляции не находится вблизи концов катушечной группы. Таким же образом производится дальнейшее определение места повреждения изоляции внутри катушечной группы.

Разница между статором и ротором (со сравнительной таблицей)

Статор и ротор являются частями электродвигателя. Существенная разница между ротором и статором заключается в том, что ротор является вращающейся частью двигателя, а статор — неподвижной частью двигателя. Другие различия между статором и ротором показаны ниже в сравнительной таблице.

Рама статора , сердечник статора и обмотка статора являются частями статора . Рама поддерживает сердечник статора и защищает их трехфазную обмотку. Сердечник статора несет вращающееся магнитное поле, индуцируемое трехфазным питанием.

Ротор расположен внутри сердечника статора . Беличья клетка и ротор с фазовой намоткой являются типами ротора. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока. Обмотка возбуждения создает постоянное магнитное поле в сердечнике ротора.

Содержание: Статор против ротора

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Статор Ротор
Определение Это неподвижная часть станка Это вращающаяся часть двигателя.
Детали Наружная рама, сердечник статора и обмотка статора. Обмотка ротора и сердечник ротора
Электропитание Трехфазное электропитание Электропитание постоянного тока
Обмотка Сложная Легкая
Изоляция Тяжелая Меньше
Потери на трение Высокая Низкая
Охлаждение Легко Сложно

Определение статора

Статор — это статическая часть двигателя. Основная функция статора — создание вращающегося магнитного поля. Рама статора, сердечник статора и обмотка статора являются тремя частями статора. Сердечник статора поддерживает и защищает трехфазную обмотку статора. Штамповка из высококачественной кремнистой стали составляет сердечник статора.

Определение ротора

Вращающаяся часть двигателя называется ротором. Сердечник ротора и обмотка ротора являются частью ротора. Обмотка ротора возбуждается источником постоянного тока.Беличья клетка и фазовая намотка — это типы ротора.

Сердечник ротора с короткозамкнутым ротором выполнен из железного цилиндрического сердечника. На внешней поверхности сердечника имеется полукруглая прорезь, на которой размещаются медные или алюминиевые проводники. На концах жилы закорачиваются с помощью алюминиевых или медных колец.

Работа ротора и статора

Статор создает вращающееся магнитное поле из-за трехфазного питания.Если ротор находится в состоянии покоя, то в них возникает электромагнитная сила из-за явления электромагнитной индукции.

Электромагнитная индукция — это явление, при котором ЭДС индуцируется в проводнике с током из-за переменного магнитного поля. В роторе возникает ток, который заставляет ротор двигаться.

Ключевые различия между статором и ротором

  1. Статор — это неподвижная часть машины, а ротор — это подвижная часть машины.
  2. Сердечник статора, обмотка статора и внешняя рама являются тремя частями статора, тогда как сердечник ротора и обмотка возбуждения являются частями ротора.
  3. Трехфазное питание подается на обмотку статора. Ротор возбуждается источником постоянного тока.
  4. Обмотка статора более сложная по сравнению с ротором.
  5. Обмотка статора хорошо изолирована, так как в ней индуцируется высокое напряжение. А у ротора низкая изоляция.
  6. Размер обмотки статора больше для пропускания сильного тока по сравнению с обмоткой возбуждения.
  7. Система охлаждения статора хороша по сравнению с ротором, потому что статор неподвижен.
  8. Потери на трение меньше в роторе по сравнению со статором из-за его небольшого веса.

Заключение

Статическая часть машины известна как статор. А вращающаяся часть машины известна как ротор. Ротор размещен внутри сердечника статора.Трехфазный ток подается на обмотку статора, которая создает вращающееся магнитное поле. Ротор вращается во вращающемся магнитном поле. Таким образом, ЭДС возникает из-за взаимодействия магнитного поля ротора и статора.

Как работает ротор асинхронного электродвигателя?

Индукция протекания тока через стержни ротора асинхронного электродвигателя возникает, когда ток подается на статор. Этот приложенный ток через обмотки статора запускает вращение магнитного поля статора с линейной частотой.

Стержни неподвижного ротора затем подвергаются максимальному относительному движению магнитного поля статора к стержням. В этот момент вдоль стержней генерируется максимальный ток. Когда северный полюс статора вращается мимо стержня ротора, ток индуцируется вдоль стержня ротора. В то же время южный полюс статора вращается, проходя через стержень на 180 °, и индуцирует ток вдоль стержня в противоположном направлении. Этот круговой поток тока вдоль стержней ротора через закорачивающие кольца и вокруг пластин заставляет ротор становиться электромагнитом.

Именно в этой начальной начальной точке (заблокированный ротор) электромагнитная сила ротора наиболее высока. Электромагнитный ротор начнет разгоняться до синхронной скорости или скорости, с которой вращается магнитное поле статора. По мере увеличения скорости ротора относительное движение между стержнями ротора и вращающимся магнитным полем уменьшается. Это приводит к уменьшению тока и крутящего момента. Когда относительное движение (вращающая сила) между стержнями ротора и магнитным полем статора приближается к нулю, ток вдоль ротора прекращается.Магнетизм ротора прекратится, и ротор замедлится до тех пор, пока крутящий момент, создаваемый двигателем, не сравняется с крутящим моментом ведомого оборудования. (Нагрузка)

Если нагрузка двигателя увеличивается, скорость двигателя уменьшается. Уменьшите нагрузку, и двигатель увеличит скорость. Асинхронный двигатель никогда не достигнет синхронной скорости из-за потерь на трение и сопротивление воздуха. Разница между синхронной скоростью и скоростью асинхронного ротора называется частотой скольжения.

Тодд А. Хэтфилд, вице-президент по проектированию и ремонту

HECO — Все системы идут

269-381-7200

thatfield @ hecoinc.com

Об авторе:

Тодд Хэтфилд является совладельцем HECO и вице-президентом по проектированию и ремонту. Он имеет более чем 35-летний опыт работы в области ремонта и проектирования генераторов и электродвигателей. Тодд имеет степень бакалавра в области электротехники и специализируется в следующих областях: реконструкция и проектирование электрических и механических двигателей, анализ первопричин отказов и качественное восстановление электродвигателей.

Магниты для двигателей — роторов и статоров

Ротор и статор

Ротор — это подвижный компонент электромагнитной системы в электродвигателе, электрогенераторе или генераторе переменного тока. Его вращение происходит из-за взаимодействия между обмотками и магнитными полями, которые создают крутящий момент вокруг оси ротора.

Статор — это стационарная часть роторной системы, используемой в электрических генераторах, электродвигателях, сиренах, забойных двигателях или биологических роторах.Энергия течет через статор к вращающемуся компоненту системы или от него. В электродвигателе статор создает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение вращающийся якорь; в генераторе статор преобразует вращающееся магнитное поле в электрический ток. В устройствах с гидравлическим приводом статор направляет поток жидкости к вращающейся части системы или от нее.

Разница между статором и ротором

В двигателях или генераторах ключевую роль играют обе части, такие как ротор и статор. Основное различие между ними заключается в том, что статор является неактивной частью двигателя, а ротор — вращающей частью.

Что такое статор?

Статор — неподвижный элемент электромагнитных цепей. В различных конфигурациях статор может действовать как полевые магниты, которые взаимодействуют с ротором для создания движения, или как якоря, которые работают с движущимися полевыми катушками на роторе. Как правило, это постоянные магниты или электромагниты, которые поддерживают выравнивание поля, причем последние представляют собой катушку возбуждения или обмотку.

Статор в двигателях переменного тока состоит из тонких стальных пластин сердечника и вставленных в него катушек изолированного провода, которые называются обмотками и подключаются непосредственно к источнику питания. Когда подается ток, они вместе становятся электромагнитом. В двигателях постоянного тока статор несет как обмотки возбуждения, так и полюса, которые составляют магнитную цепь с ротором. Обмотки возбуждения в этом случае могут быть либо обмотками, либо постоянными магнитами на статоре; на полюсах размещается обмотка возбуждения, количество которых определяется напряжением и током.

Статор — это стационарная часть вращающейся системы, которую можно найти в электрических генераторах, электродвигателях, сиренах, забойных двигателях или биологических роторах. Энергия течет через статор к вращающемуся компоненту системы или от него. В электродвигателе статор создает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение вращающийся якорь; в генераторе статор преобразует вращающееся магнитное поле в электрический ток. В гидравлических силовых устройствах статор направляет поток жидкости к вращающейся части системы или от нее.

Что нужно знать о статоре

  1. Статор — это неподвижная часть машины.
  2. Три основных части статора включают сердечник статора, обмотку статора и внешнюю раму.
  3. Высокие потери на трение статора.
  4. Система охлаждения статора проста.
  5. Обмотка статора сильно изолирована, так как в ней индуцируется высокое напряжение.
  6. Размер обмотки статора большой для пропускания сильного тока.
  7. Обмотка статора более сложная.
  8. Трехфазное питание подается на обмотку статора.

Что такое ротор?

Ротор — это общий термин для основной прядильной части электрической машины, образованный от слова «вращающийся». Следовательно, ротор можно описать как движущийся компонент электромагнитной системы, то есть генератора переменного тока, электрического генератора или электродвигателя. Его вращение происходит из-за взаимодействия между обмотками и магнитными полями, которые создают крутящий момент вокруг оси ротора.

Есть разные типы роторов (вращающихся частей). К ним относятся беличья клетка, контактное кольцо, пневматический, намотанный и явнополюсный.

Что нужно знать о роторе

  1. Ротор — это вращающаяся часть машины.
  2. Две основные части ротора включают сердечник ротора и обмотку возбуждения.
  3. Потери на трение ротора низкие.
  4. Система охлаждения ротора сложная.
  5. Обмотка ротора имеет низкую изоляцию.
  6. Размер обмотки ротора небольшой.
  7. Расположение обмоток ротора простое.
  8. Ротор подключен к источнику постоянного тока.

Ответы на семь общих вопросов по эксплуатации генератора и двигателя

Вращающееся оборудование настолько распространено, но настолько неправильно понимается, что даже опытные электрики и инженеры часто задаются вопросами об их работе. Эта статья ответит на семь наиболее часто задаваемых вопросов. Объяснения краткие и практичные из-за нехватки места; однако они позволят вам лучше понять это оборудование.

Вопрос № 1: Якорь, поле, ротор, статор: что есть что?

По определению, статор включает в себя все невращающиеся электрические части генератора или двигателя. Также по определению ротор включает в себя все вращающиеся электрические части.

Поле машины — это часть, которая генерирует прямое магнитное поле. Ток в поле не чередуется. Обмотка якоря — это то, что генерирует или имеет приложенное к ней переменное напряжение.

Обычно термины «якорь» и «поле» применяются только к генераторам переменного тока, синхронным двигателям, двигателям постоянного тока и генераторам постоянного тока.

Генераторы переменного тока . Поле синхронного генератора — это обмотка, к которой приложен постоянный ток возбуждения. Якорь — это обмотка, к которой подключена нагрузка. В небольших генераторах обмотки возбуждения часто находятся на статоре, а обмотки якоря — на роторе. Однако большинство больших машин имеют вращающееся поле и неподвижный якорь.

Синхронный двигатель практически идентичен синхронному генератору. Таким образом, якорь — это статор, а поле — это ротор.

Машины постоянного тока . В машинах постоянного тока, как в двигателях, так и в генераторах, якорь — это ротор, а поле — статор. Поскольку якорь всегда является ротором в машинах постоянного тока, многие электрики и инженеры ошибочно полагают, что якорь является ротором всех двигателей и генераторов.

Вопрос № 2: Я ослабил натяжение пружин на щетках, но они все еще изнашиваются слишком быстро.

Почему?

Износ щеток возникает по двум основным причинам: механическое трение и электрический износ.Механическое трение вызывается трением щеток о коллектор или контактное кольцо. Электрический износ вызывается искрением и искрением от щетки при ее движении по коммутатору. Механическое трение увеличивается с давлением щетки; электрический износ уменьшается с давлением щетки.

Для любой конкретной установки щетки существует оптимальное давление щетки. Если давление снижается ниже этой величины, общий износ увеличивается, поскольку увеличивается электрический износ. Если давление увеличивается выше оптимальной величины, общий износ снова увеличивается из-за увеличения механического трения.

Всегда проверяйте, чтобы давление щетки было установлено на уровне, рекомендованном производителем. Если износ по-прежнему чрезмерный, вам следует изучить тип и размер используемой щетки. Помните, что плотность тока (в амперах на квадратный дюйм кисти) должна соответствовать области применения. Надлежащая плотность тока необходима для образования смазывающей проводящей пленки на коммутаторе или контактном кольце. Эта пленка состоит из влаги, меди и углерода. Недостаточная плотность тока препятствует образованию этой пленки и может привести к чрезмерному износу щетки.

Кроме того, среда с очень низкой влажностью не обеспечивает достаточно влаги для образования смазочной пленки. Если чрезмерный износ щеток является проблемой в такой среде, возможно, вам придется увлажнить область, в которой работает машина.

Вопрос № 3: Что такое коэффициент обслуживания?

Сервисный коэффициент — это нагрузка, которая может быть приложена к двигателю без превышения допустимых значений. Например, если у двигателя мощностью 10 л.с. коэффициент обслуживания 1,25, он успешно выдаст 12.5 л.с. (10 x 1,25) без превышения указанного превышения температуры. Обратите внимание, что при приведении в движение таким образом выше номинальной нагрузки на двигатель должны подаваться номинальное напряжение и частота.

Однако имейте в виду, что двигатель мощностью 10 л.с. с коэффициентом использования 1,25 не является двигателем мощностью 12,5 л.с. Если двигатель мощностью 10 л.с. будет непрерывно работать с мощностью 12,5 л.с., срок его службы изоляции может сократиться на две трети от нормального. Если вам нужен мотор мощностью 12,5 л.с., купите его; коэффициент эксплуатации следует использовать только в условиях кратковременной перегрузки.

Вопрос № 4: Что такое вращающееся магнитное поле и почему оно вращается?

Вращающееся магнитное поле — это поле, северный и южный полюсы которого движутся внутри статора, как если бы стержневой магнит или магниты вращались внутри машины.

Посмотрите на статор трехфазного двигателя, показанный на прилагаемой схеме. Это 2-полюсный статор с тремя фазами, разнесенными с интервалами 120 [градусов]. Ток от каждой фазы входит в катушку на одной стороне статора и выходит через катушку на противоположной стороне.Таким образом, если одна из катушек создает магнитный северный полюс, другая катушка (для той же фазы) создаст магнитный южный полюс на противоположной стороне статора.

В позиции 1 B-фаза создает сильный северный полюс в верхнем левом углу и сильный южный полюс в нижнем правом углу. Фаза А создает более слабый северный полюс в нижнем левом углу и более слабый южный полюс внизу. C-фаза создает общее магнитное поле, северный полюс которого находится вверху слева, а южный полюс — внизу справа.

В позиции 2, фаза A создает сильный северный полюс в нижнем левом углу и сильный южный полюс в верхнем правом углу; таким образом, сильные столбы повернулись на 60 [градусов] против часовой стрелки. (Обратите внимание, что это магнитное вращение на 60 [градусов] точно соответствует электрическому изменению фазных токов на 60 [градусов].) Слабые полюса также повернуты на 60 [градусов] против часовой стрелки. Это, по сути, означает, что полное магнитное поле повернулось на 60 [градусов] относительно положения 1.

При более подробном анализе мы можем показать, что напряженность магнитного поля плавно вращается из положения 1 в положение 2, поскольку токи в каждой из фаз меняются более чем на 60 электрических градусов.Анализ положений 3, 4, 5 и 6 показывает, что магнитное поле продолжает вращаться.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной скоростью и описывается следующим уравнением:

S = (f x P) / 120, где S = скорость вращения в оборотах в минуту f = частота подаваемого напряжения (Гц) P = количество магнитных полюсов во вращающемся магнитном поле

Если бы в этот статор был помещен постоянный магнит с валом, который позволял ему вращаться, его бы толкали (или тянули) с синхронной скоростью.Именно так работает синхронный двигатель, за исключением того, что магнитное поле ротора (поле) создается электромагнетизмом, а не постоянным магнитом.

Ротор асинхронного двигателя состоит из короткозамкнутых обмоток, и в обмотках ротора индуцируется ток, когда вращающееся магнитное поле прорезает их. Этот ток создает поле, которое противостоит вращающемуся полю. В результате ротор толкается (или тянется) вращающимся полем. Обратите внимание, что ротор асинхронного двигателя не может вращаться с синхронной скоростью, поскольку вращающееся поле должно прорезать обмотки ротора для создания крутящего момента.Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора называется проскальзыванием в процентах; он выражается в процентах.

Однофазные двигатели также имеют вращающееся магнитное поле. Вращающееся поле, необходимое для запуска двигателя, создается второй обмоткой, называемой пусковой обмоткой. После того, как двигатель наберет нужную скорость, пусковая обмотка отключается, и вращающееся поле создается за счет взаимодействия основной обмотки статора и ротора.

Вопрос № 5: Как работает индукционный генератор?

Асинхронный генератор по конструкции идентичен асинхронному двигателю.Обмотки статора подключены к трехфазной системе питания, и три фазы создают вращающееся магнитное поле. Ротор индукционного генератора вращается первичным двигателем, который вращается быстрее, чем синхронная скорость. Когда обмотки ротора прорезают вращающееся поле, в них индуцируется ток. Этот индуцированный ток создает поле, которое, в свою очередь, прорезает обмотки статора, создавая выходную мощность на нагрузку.

Таким образом, индукционный генератор получает возбуждение от энергосистемы, к которой он подключен.Асинхронный двигатель должен иметь синхронные генераторы, подключенные к его статору, чтобы начать генерацию. После того, как индукционный генератор заработает, для возбуждения можно использовать конденсаторы.

Вопрос № 6: Почему подшипники генератора и двигателя изолированы?

Магнитное поле внутри двигателя или генератора не полностью однородно. Таким образом, когда ротор вращается, на валу в продольном направлении (непосредственно вдоль вала) создается напряжение. Это напряжение может вызвать прохождение микротоков через смазочную пленку на подшипниках.Эти токи, в свою очередь, могут вызвать незначительное искрение, нагрев и, в конечном итоге, выход подшипника из строя. Чем больше машина, тем хуже становится проблема.

Чтобы избежать этой проблемы, сторона ротора корпуса подшипника часто изолирована от стороны статора. В большинстве случаев, по крайней мере, один подшипник будет изолирован, обычно это самый дальний от первичного двигателя для генераторов и самый дальний от нагрузки для двигателей. Иногда оба подшипника изолированы.

Вопрос № 7: Как генераторы переменного тока управляют переменными, напряжением и мощностью?

Хотя элементы управления генератора взаимодействуют, верны следующие общие положения.

* Выходная мощность генератора регулируется его первичным двигателем.

* Напряжение и / или переменная мощность генератора регулируются уровнем тока возбудителя.

Например, предположим, что к выходу генератора подключена дополнительная нагрузка. Дополнительный ток увеличивает силу магнитного поля якоря и замедляет работу генератора. Чтобы поддерживать частоту, регулятор генератора увеличивает мощность, потребляемую первичным двигателем.Таким образом, дополнительная мощность, необходимая для генератора, регулируется входом первичного двигателя.

В нашем примере чистый магнитный поток в воздушном зазоре будет уменьшаться, поскольку увеличение якоря противодействует потоку поля. Если поток поля не увеличивается, чтобы компенсировать это изменение, выходное напряжение генератора будет уменьшаться. Таким образом, ток возбуждения используется для управления выходным напряжением.

Давайте рассмотрим другой пример в качестве дальнейшего пояснения. Допустим, к нашему генератору добавлена ​​дополнительная нагрузка var.В этом случае выходной ток генератора снова увеличится. Однако, поскольку новая нагрузка не является «реальной» мощностью, первичный двигатель необходимо увеличить ровно настолько, чтобы преодолеть дополнительное падение ИК-излучения, создаваемое дополнительным током.

В качестве последнего примера предположим, что у нас есть два или более генератора, работающих параллельно и питающих нагрузку. Генератор 1 (G1) несет всю нагрузку (реальную и реактивную), а генератор 2 (G2) работает с нулевой мощностью и нулевой мощностью. Если оператор G2 открывает дроссель первичного двигателя, G2 начинает подавать ватт в систему.Поскольку подключенная нагрузка не изменилась, оба генератора будут разгоняться, если G1 не дросселируется.

Поскольку G2 принимает на себя дополнительную долю нагрузки, ему требуется увеличенный магнитный поток. Если оператор G2 не увеличивает поле G2, G2 будет получать дополнительное возбуждение от G1, требуя от G1 увеличения уровня возбуждения. Если ни G1, ни G2 не увеличивают уровень возбуждения, общее напряжение системы упадет.

Cadick, P.E. является президентом Cadick Professional Services, Гарланд, Техас., международная ассоциация электрических испытаний. (NETA) член.

«Статор для электродвигателя»

На арене электромобилей автопроизводители всегда ищут электродвигатель, который обеспечивает волшебство самой низкой стоимости, максимальной производительности, максимальной эффективности и наилучшего использования электрического привода. модули. Великолепие электродвигателей Tesla можно увидеть немного больше, если сравнить их с модулями привода их аналогов от ветеранов автомобилестроения.

В апреле Сэнди Манро провела сравнительный анализ двигателей различных электромобилей. Tesla Model 3 и Model Y, электрические двигатели транспортных средств, похоже, отличаются отличным сочетанием размера, эффективности и мощности. Например, в асинхронном двигателе Model 3 Tesla решила использовать обработанную медь для своего ротора, которая сильно отличается от литого алюминия, используемого Audi в e-Tron. Двигатели с постоянными магнитами Tesla также умно сконструированы. В целом, это позволяет Tesla устанавливать конкурентоспособные цены на Model 3 и Model Y, что делает автомобили прибыльными.

Столь качественная разница между электродвигателями Tesla возможна благодаря тому, что, в отличие от других автопроизводителей, калифорнийская компания постоянно пытается улучшать свою продукцию. Компания подала патент: «Статор электродвигателя».

Дата подачи патента 6 января 2020 г.
Дата публикации патента 9 июля 2020 г.

Статор — это стационарная часть вращающейся системы, которая используется в электрических генераторах, электродвигателях, сиренах, забойных двигателях или биологических роторах.Энергия течет через статор к вращающемуся компоненту системы или от него. В электродвигателе статор создает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение вращающийся якорь.


Ротор (внизу слева) и статор (вверху справа) электродвигателя Tesla Model Y | Munro Live

Патент относится к электродвигателю. Более конкретно, настоящее изобретение относится к статору электродвигателя.

Типичные электродвигатели имеют сердечники статора, которые сформированы из металлических пластин, уложенных друг над другом.Внутренняя периферия этих сердечников статора обычно имеет пазы (или зубцы), на которые намотаны несколько витков проволоки. Каждую катушку с проволокой можно намотать на все или на часть прорезей. Поскольку прорези определены только вдоль внутренней периферии сердечника статора, такая намотка катушки проводов через подмножество прорезей в сердечнике статора может быть сложной, трудоемкой и, следовательно, трудоемкой. Более того, такая обмотка может повлечь дополнительные расходы с точки зрения требований к инструментам, которые требуются для выполнения намотки катушек в пазах сердечника статора.В патенте описан статор электродвигателя, который решает эти проблемы.

Примерный статор включает в себя сердечник статора с зубьями, которые расположены радиально вокруг общей центральной оси статора и расположены на некотором расстоянии друг от друга. У каждого зуба есть внутренняя часть и наружная часть. Примерный статор дополнительно включает в себя электрически пропускающую катушку из проволоки, которая намотана непрерывно на внутренние части по меньшей мере подмножества зубцов из множества зубцов.Статор также включает в себя клиновые элементы, которые радиально расположены вокруг общей центральной оси и расположены прерывисто с множеством зубцов, так что каждый клиновой элемент примыкает к наружным частям соседних зубцов.


РИС. 1 иллюстрирует статор, который используется для формирования электродвигателя, в соответствии с некоторыми вероятностями настоящего раскрытия | Патент Тесла

Follow @EvaFoxU

Вращение ротора двигателей переменного тока

Как упоминалось в нашей предыдущей статье о вращающихся магнитных полях двигателей переменного тока, в этой статье будет рассмотрено, как магнитное поле на самом деле создает крутящий момент и вращает нагрузку.Если вы новичок в этой серии, вы можете начать с нашей статьи о конструкции двигателей переменного тока. В противном случае мы сразу перейдем к вращению ротора.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ

Чтобы проиллюстрировать, как работает ротор, представьте установку магнита на вал в качестве замены ротора с короткозамкнутым ротором. Как подробно рассказывалось в нашей последней статье, когда энергия проходит через обмотки статора, образуется вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле, образованное обмотками статора, затем будет взаимодействовать с отдельным магнитным полем, создаваемым установленным на валу магнитом.Это взаимодействие между магнитными полями следует основам моторного магнетизма и полярности.

Например, южный полюс магнита притягивается к северному полюсу вращающегося магнитного поля. Точно так же северный полюс магнита притягивается к южному полюсу вращающегося магнитного поля. В результате магнит может вращаться, когда его тянет вращающееся магнитное поле. Эта конструкция, используемая в некоторых двигателях, известна как синхронный двигатель с постоянными магнитами.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ НАПРЯЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Теперь давайте вернем ротор с короткозамкнутым ротором вместо установленного на валу магнита. В основном они ведут себя одинаково. Если на статор подается электричество, ток будет проходить через обмотку и расширять электромагнитное поле. Это расширенное поле будет пересекать стержни ротора.

Напряжение (или электродвижущая сила [ЭДС]) индуцируется, когда стержень ротора или другой тип проводника попадает в магнитное поле. В стержне ротора индуцированное напряжение создает ток.Ток протекает через стержни ротора и вокруг концевого кольца. По мере протекания тока вокруг каждого стержня ротора создается больше магнитных полей.

В цепи переменного тока ток регулярно меняется по направлению и величине. Вот почему ток также вызывает регулярное изменение полярности магнитного поля ротора и статора. В результате ротор с короткозамкнутым ротором образует электромагнит с чередующимися северным и южным полюсами.

На рисунке ниже представлен момент времени, когда ток через обмотку A1 создает северный полюс.Увеличивающееся магнитное поле распространяется по соседнему стержню ротора, что индуцирует напряжение. В результате в зубе ротора создается магнитное поле южного полюса. Затем ротор следует вращающемуся магнитному полю статора.

SLIP

Поскольку ротор следует вращающемуся магнитному полю статора, необходимо различать скорость. Причина этого в том, что если бы оба они вращались с одинаковой скоростью, они бы не разделяли относительное движение. Без относительного движения никакие линии магнитного потока не будут обрезаны, а ротор не получит индуцированного напряжения.Различие в скорости известно как «скольжение». ТРЕБУЕТСЯ ПРОКЛАДКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ МОМЕНТА МОМЕНТ . Величина нагрузки определяет скольжение. Если величина нагрузки увеличивается, скольжение увеличивает или замедляет ротор. При уменьшении нагрузки скольжение уменьшится или ускорит ротор. Скольжение отображается в процентах и ​​рассчитывается по формуле ниже.

В качестве примера представьте, что четырехполюсный двигатель 60 Гц имеет синхронную скорость (NS) 1800 об / мин. Предположим, что частота вращения ротора (при полной нагрузке) составляет 1765 об / мин (NR).Если следовать формуле, скольжение составляет 1,9%.

ДВИГАТЕЛЬ РОТОРА С НАБИВКОЙ

Теперь давайте отойдем от более распространенного ротора с короткозамкнутым ротором и рассмотрим ротор с обмоткой. Одно из отличий ротора с обмоткой от ротора с короткозамкнутым ротором состоит в том, что он состоит из катушек, а не стержней. Эти катушки подключены к внешним переменным резисторам через щетки и контактные кольца. Напряжение индуцируется в обмотках ротора вращающимся магнитным полем. Скорость двигателя можно регулировать, увеличивая или уменьшая сопротивление обмотки ротора:

  • Скорость двигателя может быть уменьшена на увеличена сопротивление обмоток ротора, что вызывает меньший ток.
  • Скорость двигателя может быть увеличена на уменьшено на сопротивление обмоток ротора, что позволяет пропускать больший ток.

СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Третий тип двигателя переменного тока — это синхронный двигатель, который не является асинхронным. Один тип построен аналогично ротору с короткозамкнутым ротором; однако он имеет обмотки катушки И стержни ротора. Щетки и контактные кольца подключают обмотки катушки к внешнему источнику постоянного тока. Когда к статору подается переменный ток, синхронный двигатель запускается подобно ротору с короткозамкнутым ротором.После того, как двигатель достигает максимальной скорости, на катушки ротора подается постоянный ток. Это создает сильное постоянное магнитное поле в роторе, которое соответствует вращающемуся магнитному полю. В результате ротор вращается с той же скоростью, что и вращающееся магнитное поле (или синхронной скоростью). Следовательно, нет пробуксовки. Различные типы синхронных двигателей имеют ротор с постоянными магнитами. В этом случае внешний источник постоянного тока не нужен, поскольку ротор представляет собой постоянный магнит. Эти типы можно найти на синхронных двигателях малой мощности.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ДВИГАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Мы надеемся, что это руководство по вращению ротора двигателей переменного тока помогло вам лучше понять, как работают электродвигатели. Если вы хотите узнать больше, ознакомьтесь с другими нашими ресурсами, посвященными терминологии двигателей переменного тока и тому, как читать паспортные таблички электродвигателей.

Основы тестирования двигателя (и ротора)

Электродвигатели могут быть дорогими, а могут и не стоить дороже, но их почти всегда дороже ремонтировать. Необходимо уделять должное внимание мерам по предотвращению неисправностей двигателя, особенно при использовании сложного двигателя, поскольку ремонт может привести к значительным дорогостоящим задержкам и простоям.Предлагаются услуги по тестированию двигателя, чтобы убедиться, что ваш двигатель работает правильно, путем тестирования определенных стандартных параметров, которые могут выявить потенциальные риски. Существует много видов услуг по тестированию двигателей, которые могут не только предотвратить сбои, но и убедиться, что двигатель работает на оптимальном уровне. В этой статье будут рассмотрены основы моторного тестирования и какие типы моторного тестирования предусмотрены.

Установка испытательного оборудования для вращательной балансировки двигателей и роторов.

Изображение предоставлено: Test Devices, Inc.

Что такое моторные испытания?

Основная цель моторного тестирования — оценить целостность мотора и, в конечном итоге, предотвратить возникновение ненужного отказа. Электродвигатели — это машины с высокой степенью интеграции, которые могут вызывать неисправности во многих областях, и, если их оставить без присмотра, поврежденный двигатель может привести к опасным условиям работы. При испытании электродвигателя оцениваются статические параметры, такие как изоляция (барьеры между соединениями обмоток / обмотка с землей), повреждение проводов, утечка тока и / или динамические параметры, такие как баланс, повышение температуры, искажение и т. Д.Механические испытания двигателя часто включают в себя оценку ротора двигателя на предмет трещин и коротких замыканий. Каждый тест может применяться к большинству двигателей переменного и постоянного тока, но каждый метод тестирования зависит от конструкции и применения оцениваемого двигателя.

Зачем тестировать мой мотор?

Настоятельно рекомендуется провести испытания двигателя, поскольку повреждение электродвигателя часто становится необратимым (известное как «повреждение сердечника»). Ранее вышедший из строя двигатель никогда не будет работать с такой же эффективностью, даже если его отремонтировать, поэтому испытания могут убедиться, что двигатель сохраняет свои рабочие характеристики в течение максимального значения своего срока службы.Испытание электродвигателей обычно является первым элементом бюджета, который сокращается при попытке сэкономить на проекте, но если вы откладываете время и деньги на испытания электродвигателей, это снизит количество отказов, повысит эффективность и обеспечит безопасность оператора. Хотя тестирование двигателя утомительно и сложно, оно того стоит, поскольку счет за тестирование двигателя всегда меньше, чем счет за замену двигателя (не говоря уже о потерях, связанных с задержками и простоями системы). Доступны службы, которые проведут это тестирование за вас, предоставив профессиональную оценку без каких-либо проблем, связанных с тестированием вашего двигателя самостоятельно.

Виды моторных испытаний

В этой статье будут рассмотрены некоторые общие электрические испытания, а затем некоторые механические испытания. Электрические испытания включают измерение тока, сопротивления или электрических свойств двигателей, в то время как механические испытания часто ищут повреждения / дефекты внутри ротора, которые могут вызвать дисбаланс. Обратите внимание, что существует множество методов диагностики проблем в двигателе, и методы, представленные в этой статье, являются лишь наиболее часто используемыми тестами. Поскольку существует множество способов отказа двигателя, существует по крайней мере столько же (если не больше) способов проверить целостность двигателя.Кроме того, большинство этих тестов используются в сочетании друг с другом для проверки результатов, а также для получения наиболее точной картины состояния моторики.

Электрические испытания

Испытание сопротивления изоляции

Эти электрические испытания позволят выявить проблемы в обмотках двигателя, использующих сопротивление. Он обеспечивает проверку качества сопротивления изоляции (IR), которое начинает ухудшаться, как только двигатель будет использоваться из-за температурных воздействий. Двигатели в суровых условиях (высокая влажность, грязь, частицы) могут нуждаться в регулярных проверках ИК-излучения, чтобы избежать каких-либо сбоев, так как небольшие короткие замыкания из-за влаги или пыли могут привести к серьезным проблемам, если их не обнаружить.ИК-тестирование может выявить мертвые кабели, короткие замыкания, ослабленные соединения, разомкнутые цепи или любую другую явную проблему с обмоткой, которая может изменить сопротивление обмотки. Эти измерения сопротивления должны корректироваться на температуру после каждого испытания; Таким образом, измерения сопротивления стандартизируются при сравнении с течением времени. Этот тест также можно использовать для балансировки трехфазных двигателей, поскольку междуфазное сопротивление каждой обмотки можно сравнить, чтобы увидеть, чем они отличаются друг от друга. Обратите внимание, что эти тесты обычно проводятся на автономных двигателях, то есть двигателях, которые были отключены от источника питания для безопасности и простоты проверки.

Тестер сопротивления изоляции (известный как «мегомметр») часто используется для быстрой оценки сопротивления изоляции двигателя. Это устройство использует постоянное напряжение (100-5000 + В) для обнаружения пробоя изоляции внутри двигателя. Подобно мультиметру, мегомметр имеет два вывода, один из которых соединяется с землей, а другой — с конкретными выводами двигателя. Если мегомметр показывает низкое значение сопротивления при подключении к двигателю, это означает, что путь к земле нарушен и двигатель необходимо отремонтировать. И наоборот, если мегомметр показывает высокое значение сопротивления, это означает, что он не обнаруживает серьезных утечек в целостности провода.Это простой неинвазивный тест, который предоставляет основную информацию об утечке тока, неисправностях обмотки и чрезмерном загрязнении, но из-за низкого напряжения некоторые неисправности не будут обнаружены.

Тест индекса поляризации
Тестеры индекса поляризации (PI)

(иногда называемые тестерами пробоя диэлектрика) используются для оценки состояния изоляции, определения накопления загрязняющих веществ, а также физических изменений в изоляции. Тест включает положительную зарядку проводов двигателя и отрицательную зарядку рамы в течение ~ 10 минут.Тест измеряет и отображает изменение тока в течение этих 10 минут, когда здоровая изоляция будет «заряжаться» или уменьшать ток, в то время как нездоровая изоляция останется неизменной. Это испытание становится все труднее использовать в качестве отдельного приемочного испытания из-за более новых систем изоляции, но по-прежнему полезно в сочетании с другими испытаниями для проверки результатов.

Испытание ступенчатым напряжением

Испытание ступенчатым напряжением гарантирует, что изоляция заземляющей стены и кабели могут работать во время обычных ежедневных скачков напряжения, которые обычно наблюдаются во время запуска / замедления.Это выполняется на отключенном двигателе путем подачи напряжения постоянного тока на все фазы, удерживания его в течение заданного времени, увеличения этого напряжения на некоторый «шаг», повторного удержания и т. Д. До достижения целевого испытательного напряжения. Утечка тока отображается после каждого шага, и полученный график показывает состояние изоляции стены заземления. Если увеличение тока утечки после испытания меньше, чем в два раза, изоляция двигателя в порядке, но если значение больше, чем в два раза, можно предположить наличие слабых мест, и испытание следует остановить, а двигатель проверить на предмет возможного ремонта.

Испытание на скачок напряжения

Испытание на импульсные перенапряжения — одно из немногих испытаний, способных обнаружить слабые места в изоляции медь-медь или области с самым высоким уровнем электрических отказов в двигателях (более 80% отказов статора происходит при слабом межсоединении. поверните точки изоляции). Это очень важный тест, поскольку межвитковая изоляция двигателя определяет надежность двигателя. Эти тесты посылают импульсы с повышением напряжения до заданного напряжения по одной фазе, генерируя их таким образом, чтобы имитировать пики запуска / замедления.Волновые диаграммы собираются из «скачков», обеспечивая сравнение импульсов, которые могут выявить слабые места в изоляции. Если заданное напряжение достигается без каких-либо изменений частоты на графике, то межвитковая изоляция двигателя исправна, но любые сдвиги в форме волны указывают на слабость в этой конкретной области.

Механические испытания (ротор)

Тест Growler

Тест гроулера — это первое испытание, используемое для определения скачков тока через стержень ротора, вызванных перегоревшими проводами, ослабленными слоями или растрескиванием.Он выполняется с ротором, полностью отделенным от статора и подключенным к гроулеру якоря — катушке из проволоки, намотанной на железный сердечник, подключенный к источнику переменного тока. Этот гроулер действует как трансформатор с открытым концом, который вводит переменный ток в якорь ротора с целью проверки наличия закороченных витков. Оператор держит щуп (обычно лезвие ножовки) на верхней части ротора и вращает ротор вокруг, ища любую область, где щуп вибрирует или «рычит».Если это происходит, это означает, что существует некоторая проблема с генерируемым магнитным полем и, следовательно, некоторая механическая проблема с ротором. Обратите внимание, что этот тест может быть очень опасным, поскольку в нем используется конструкция трансформатора с открытым концом, поэтому наличие квалифицированных специалистов обязательно.

Испытание однофазного ротора

Однофазный тест ротора используется для поиска трещин на стержнях ротора и проводится с двигателем, который все еще находится в рабочем состоянии, но отключен от источника питания. Когда стержень ротора треснул, в нем не будет индуцироваться ток, изменяющий ток, подаваемый на ротор.В ходе теста на двигатель подается однофазное питание, и тестер медленно вращает ротор, а аналоговый измеритель контролирует одну фазу на предмет любых колебаний потребляемого тока. Если никаких изменений в амперах не обнаружено, значит, разрывов нет, но любое увеличение или уменьшение тока статора предполагает наличие одного или нескольких треснувших стержней ротора.

Испытание сильноточного ротора

Путем подачи сильного тока через вал ротора, когда он отделен от двигателя, тепловое сканирование внешнего диаметра может выявить закороченные пластинки.Любые короткие замыкания будут проявляться в виде «горячих точек» на тепловом изображении, что означает, что любой ток, протекающий через ротор, будет нагревать эти точки неравномерно. Такое неравномерное распределение тепла может вызвать изгиб и дисбаланс ротора, а также преждевременное растрескивание стержня ротора.

Анализ спектра тока

Этот тест проводится при нагрузке двигателя 50–100% и измеряет обратную ЭДС, создаваемую ротором в обмотках статора. Этот противоток является функцией полюсов двигателя и частоты скольжения (если присутствует скольжение) и будет отображаться на графиках спектрального анализа в виде пиков «боковой полосы» около частоты питающей сети (60 Гц в Северной Америке, 50 Гц в Европе). .Если эти пики особенно велики, они предполагают наличие нескольких сломанных стержней ротора, которые можно определить по отношению частоты боковой полосы к частоте источника питания. Этот тест является одним из самых точных и надежных тестов роторов на предмет повреждения прутка.

Анализ спектра колебаний

Под нагрузкой и нормально работающий двигатель, и сломанные стержни ротора будут вибрировать с определенной частотой. Вибрации в двигателе модулируются со скоростью, равной количеству полюсов, умноженному на частоту скольжения, и анализаторы вибрации используются для определения изменений вибраций, потенциально связанных с неисправностями.Любые трещины на стержнях ротора увеличивают амплитуду частоты колебаний при увеличении нагрузки. Специалисты по анализу вибрации могут получить данные о вращении ротора и разделить частоту вибрации на составляющие ее частоты (с помощью анализа быстрого преобразования Фурье), чтобы выявить признаки трещин на стержнях ротора. Это тест высокого уровня, который также используется при балансировке роторов и требует для выполнения специализированных технических специалистов. Специализированные поставщики услуг могут выполнять такого рода услуги, когда даже работающие роторы могут быть сбалансированы, чтобы работать тише и без колебаний.

Сводка

В этой статье представлено понимание основ тестирования электродвигателей. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://www.plantservices.com/articles/2019/back-to-basics-fundamentals-of-motor-testing/
  2. https://www.testandmeasurementtips.com/basics-motor-testing/
  3. https: // www.brighthubengineering.com/commercial-electrical-applications/115939-how-to-test-a-three-phase-electric-motor/
  4. https://carelabz.com/what-is-electric-motor-testing-and-why-is-it-done/
  5. https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.