Для чего нужен статор в электродвигателе
Статор — понятие и принцип действия
Электрический двигатель – это машина, превращающая электрическую энергию в механическую. Работа любого электрического двигателя или генератора основана на условии взаимодействия магнитных полей статора и ротора.
Cтатор в разных типах электродвигателей
Статор – это неотъемлемый узел электрической машины, сохраняющий неподвижное состояние во время работы двигателя. Ротор – вращающаяся часть электрического мотора, передающая механическую энергию на выходной вал. Другое название ротора – якорь.
Синхронный или коллекторный двигатель
Электрический ток на ламели коллектора передается графитовыми щетками. Такой электродвигатель будет работать, как в сети постоянного, так и переменного тока. Пульсирующее магнитное поле, создаваемое обмотками статора, будет взаимодействовать с пульсирующим магнитным полем, генерируемым обмотками якоря. Ротор станет вращаться. Подобные электродвигатели широко применяются в различных бытовых и промышленных приборах: электродрелях, пылесосах, силовых приводах станков, электротранспорте.
Интересно. Двигатели такого типа имеют еще одно название – синхронные. Это означает, что скорость вращения ротора равна скорости вращения электромагнитного поля, возникающего в двигателе.
Асинхронные двигатели
Подавляющее количество электромоторов, применяющихся и в промышленности, и в быту, – это асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами. Такие двигатели применяются в трехфазных и однофазных сетях переменного тока.
Статорная конструкция собирается из большого количества стальных пластин и расположена в корпусе основания, отлитом из немагнитных металлов: чугуна или алюминия.
Материал пластин – электротехническая сталь. Пластины изолированы друг от друга специальным диэлектрическим лаком. В статоре имеются продольные пазы, где размещаются три обмотки, сдвинутые относительно оси вращения электромотора на 120 градусов друг от друга. Ротор также набирается из изолированных пластин электротехнической стали. В пазы ротора уложены стержни из алюминия, реже меди, соединенные по торцам контактными кольцами. Отсюда и название – короткозамкнутый ротор. Такая конструкция, называемая «беличьим колесом», играет роль обмотки ротора.
Ниже представлен вид асинхронного электродвигателя в разрезе. Хорошо видно, что такое наборный статор.
Обмотки двигателя могут подключаться к трехфазной электрической сети по схеме «треугольник» или «звезда».
Коммутация схемы производится в клеммной коробке двигателя, называемой борн или брно.
При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникают пульсирующие токи, которые вызывают появление в статоре вращающегося магнитного поля. Это поле пересекает токопроводящие стержни ротора, в которых индуцируются вторичные пульсирующие токи. Результатом становится появление магнитного поля в роторе. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют и заставляют вращаться стержни «беличьего колеса», вместе с тем и сам ротор. Якорь вращается со скоростью несколько меньшей, чем магнитное поле статора.
Величина этой разности называется скольжением и может составлять от 2 до 8 %. Из-за наличия скольжения двигатели подобной конструкции получили название – асинхронные. Эффект скольжения физически необходим для работы асинхронного двигателя – не будет отставания вращения ротора от магнитного поля статора, не будет индуцироваться ток в стержнях ротора, исчезнет магнитное поле в якоре, приводящее во вращение ротор.
Материал для статоров
Статорные и роторные узлы набираются из изолированных пластин электротехнической стали толщиной от 0,2 до 0,5 мм. В такой стали присутствует повышенное количество кремния (3-4,5 %). В результате сплав получает повышенное электрическое сопротивление и улучшенные магнитные характеристики. Малая толщина пластин и высокое удельное сопротивление существенно снижают паразитные вихревые токи Фуко в статоре и роторе. Это позволяет уменьшить нагрев узлов и деталей электродвигателя, повысить его электрический КПД.
Технология перемотки статора
Индикаторами нештатной работы электромотора являются:
В таком случае следует провести диагностику неисправности статора. Необходимо определить, как проверить статор на межвитковое замыкание мультиметром. Величина сопротивления обмоток указана в справочной литературе на конкретный двигатель. Проверив мультиметром сопротивление каждой из обмоток, можно определить дефектную. После чего необходимо перемотать одну или все обмотки статора.
Основные операции:
При правильно проведенном ремонте электромотор восстановит свои первоначальные характеристики.
Проверка якоря коллекторного двигателя
У якоря коллекторного электродвигателя надо проверять два основных типа неисправностей:
На заметку. К механическим неисправностям, как правило, относится выработка ресурса подшипников. Появляются сильный шум при работе двигателя, нагрев подшипников, продольный и радиальный люфт якоря.
Электрические неисправности включают в себя:
Следует рассмотреть, как проверить якорь на межвитковое замыкание. Сделать это удобно с помощью цифрового мультиметра либо, при его отсутствии, стрелочным тестером.
Как прозвонить якорь? Следует поочередно измерять сопротивление обмоток якоря, касаясь щупами мультиметра противоположных ламелей коллектора. Значительное отклонение величины сопротивления позволит узнать неисправную обмотку. Пробой на корпус проверяется мультиметром в диапазоне сопротивления 20 кОм. Один щуп присоединяется к валу ротора, другим поочередно касаются ламелей коллектора. Прибор должен показывать состояние «разрыв». По показанию мультиметра менее 20 кОм можно узнавать о неисправности обмотки, и, следовательно, необходимости ремонта якоря.
Ремонт электродвигателей
Проведение ремонта электродвигателей, такого, как перемотка статора или ротора, – операция ответственная и кропотливая. Необходимы определенные знания и навыки работы, опыт. Проще всего производится устранение механических неисправностей, обычно это замена подшипников и восстановление геометрии коллектора либо его полная замена. Также бывает необходимо поменять стесанные графитовые щетки, подающие ток на обмотки якоря.
При ремонте электрической части двигателя потребуются специальные материалы, обмоточный провод нужной марки, специальные инструменты и оснастка. Если речь идет о ремонте ограниченного количества электродвигателей, то лучше обратиться в специализированное ремонтное предприятие. Это целесообразно, как с точки зрения качества ремонта, так и экономики.
Для проведения ремонтных работ в больших количествах необходимо создать профильный участок ремонта, подобрать персонал, содержать определенное количество оборудования, материалов и комплектующих, иметь справочную литературу.
Теплоизоляция статора
Электродвигатель при работе подвержен достаточно сильному нагреву – до 100-145 0С. Для сохранения работоспособности, защиты деталей и узлов от перегрева на валу двигателя имеется крыльчатка вентилятора, производящая обдув ротора и статора. Кроме того, для защиты обмоток статора применяются различные термоизолирующие материалы, такие как:
Правильное технологическое применение таких теплоизоляционных компонентов обеспечивает долгую надежную и бесперебойную работу электродвигателей.
Защита статора тепловым реле
В процессе эксплуатации электродвигатель может потреблять повышенный ток из сети и испытывать сильный нагрев. Причины могут быть разные, например, слишком большая нагрузка на валу, частые включения и выключения мотора, повышенная температура окружающей среды. Такие нештатные режимы работы могут привести к перегреву статорных обмоток и выходу их из строя. Для предотвращения повреждения электродвигателя в статорной системе устанавливается один или два биметаллических тепловых реле – это термовыключатели, называемые кликсонами.
При повышении температуры статора выше положенного значения происходит размыкание биметаллического контакта кликсона. Термовыключатель размыкает цепь питания катушки управления силовым контактором, который подает напряжение на электромотор. Контактор отключает электромотор от силовой электросети. Дальнейшее включение контактора и, следовательно, электродвигателя возможно лишь после охлаждения обмоток статора и замыкания биметаллической пары термовыключателя.
Двигатели, применяемые в промышленности
В промышленности успешно применяются оба типа двигателей: и асинхронные с короткозамкнутым ротором, и синхронные коллекторные.
Первый тип устройств имеет важные достоинства:
Имеются и минусы:
Однако достоинства этих изделий многократно превосходят их недостатки.
К сведению. Асинхронные двигатели применяются в тех устройствах, где требуются постоянные режимы работы промышленного или транспортного оборудования. Например, в приводах всевозможных насосов, ленточных транспортеров, в системах вентиляции, в подъемных механизмах. Ниша асинхронных электрических машин занимает 65-75 % от общего объема применяемых электромоторов.
Синхронные, коллекторные двигатели имеют свои достоинства:
Недостатки, присущие коллекторным электромоторам:
Они применяются там, где необходимо плавное изменение угловых скоростей: это приводы станков, тяговые моторы электротранспорта, точные системы монтажа.
Оба типа двигателей находят массовое применение в промышленности и быту. Для их длительной и безотказной работы необходимо проведение регламентных работ, при необходимости и восстановительного ремонта, включающего перемотку обмоток статора и ротора.
Видео
Что такое ротор и статор в двигателе: описание, принцип работы в асинхронных электродвигателях, их функции
Очень многие приборы и устройства, окружающие нас в быту, имеют в своей конструкции двигатель.
Мощные электрические моторы приводят в движение транспортные средства на улицах городов и на железных дорогах, используются в поднятии и перемещении тяжелых грузов.
Из школьных программ мы помним, что электромоторы это устройства для преобразования энергии из одного вида в другой. Чтобы понять, как этот процесс происходит, нужно разобрать электромотор и посмотреть, как он устроен внутри.
В наших статьях мы детально рассказываем о предназначении ротора и статора, о том, как они работают.
Итак, давайте детально разберемся с двумя основными его частями:
Ротор(другое название этой детали – якорь) это подвижная, точнее сказать, вращающаяся деталь электромотора.
Конструкция ротора зависит от типа устройства, в котором он используется. Если это коллекторный агрегат, то ротор производится из следующих частей:
Отдельно отметим, что,по сути,обмотки ротора являются электромагнитом и не все типы ротора устроены именно таким способом.
Статор в двигателе
Цилиндр статора интегрирован в корпус электромотора. Он является его неподвижной частью. Вместе статор и корпус составляют единый моноблок.
Сердечник статора набран из металлических пластин. Они изолированы одна от другой слоем лака. Назначение такого устройства сердечника – противодействие нагреву вихревыми токами Фуко.
В собранном виде пакет статора впрессовывают в корпус. Сердечник статора формируется витками обмотки.
Их пропивают субстанциями особого состава, защищающего витки от повреждений, и укладывают в специально выточенные во внутренней стенке цилиндра пазы.
Схема подключения статора к электрической сети выглядит следующим образом:
На корпусе двигателя имеется так называемый БРНО, блок расключения начал обмоток. Иначе говоря, это распределительная коробка, внутри которой находятся клеммники.
Конструктивно, они различаются между собой. Устройство клеммников зависит от мощности двигателя и вида работы, которую этот двигатель выполняет. Концевые части всех обмоток подключаются к клеммам БРНО.
От мощности электромотора и его функционального предназначения зависит также и способ подключения обмоток.
Есть два способа подключения. Один это так называемая«Звезда», другой — «Треугольник». От способа подключения зависит то, как будет работать электромотор.
При способе соединении «Звезда»мотор плавно увеличивает обороты, причем быстрый разгон оборотов до максимума невозможен.
А если обмотки соединены треугольником, мотор может сразу развить те обороты, на который он конструктивно рассчитан, но и стартовые токи будут адекватно велики.
Устройство асинхронного двигателя
Особенность работы асинхронного мотора заключается в следующем:на обмотки статора питание подается пошагово. В статоре возникает вращающееся поле. Это магнитное поле вызывает ток индукции в роторной обмотке.
Ротор приходит во вращение и стремится уровнять частоту своего вращения с частотой вращения магнитного поля.
Как только такое происходит, исчезает ток индукции в роторных обмотках и ротор начинает терять обороты. И тут же начинает ускоряться вновь под влиянием опережающей частоты оборотов поля.
Таким образом двигатель стабилизирует свою работу, Именно в этой особенности состоит достоинство асинхронного мотора, которое выделяет его среди других типов электромоторов.
Асинхронные двигатели имеют и некоторые конструктивные особенности. Так, на этих двигателях устанавливают роторы разных конструкций:
В конструктивном смысле такие роторы являются более сложными изделиями и процесс их производства более трудоемок.
Но они не вызывают высокие пусковые токи и их работу можно плавно регулировать.
Статор электродвигателей
Подписка на рассылку
Статор электродвигателей является неподвижной частью, внутри которой на подшипниках вращается ротор (якорь). Конструктивно статор состоит из станины и сердечника, зафиксированного внутри нее винтами. Станина представляет собой литой или сварной корпус, выполненный из чугуна или алюминия.
Сердечник статора синхронных и асинхронных двигателей имеет цилиндрическую форму и формируется из профилированных листов электротехнической стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, предварительно отожженных и изолированных лаком. Между собой такие пластины скрепляются продольными швами или скобами таким образом, чтобы профильные вырезы образовывали продольные пазы, в которые укладывается обмотка, состоящая из ряда изолированных и параллельно соединенных проводников. Такая конструкция сердечника позволяет ослабить вихревые токи.
Статор двигателя постоянного тока большой и средней мощности называется индуктор и собирается из главных полюсов, сформированных из листов электротехнической стали, и монолитных добавочных полюсов. В ДПТ малой мощности функцию статора обычно выполняют постоянные магниты.
Обмотка статора электродвигателя: основные особенности
Взаимное расположение и количество групп обмоток статора синхронных и асинхронных двигателей зависит от их типа и необходимой частоты вращения ротора. Если в каждый паз помещается только одна сторона катушки одной фазы, то такая обмотка называется однослойной. В том случае, если в одном пазу размещаются две катушечные стороны, принадлежащие разным фазам, то обмотка называется двухслойной. В двигателях может быть различное число групп катушек, которые между собой соединяются последовательно.
В трехфазных синхронных и асинхронных электродвигателях обмотки статора расположены с шагом 120°, что позволяет создать вращающееся магнитное поле. В зависимости от величины питающего напряжения обмотки статора соединяются по схеме «звезда» или «треугольник».
В однофазных двигателях имеются две группы обмоток, сдвинутых в пространстве относительно друг друга на 90°. Сдвиг фаз осуществляется благодаря конденсаторам, установленным параллельно одной из обмоток.
Класс нагревостойкости
В зависимости от условий эксплуатации для выполнения обмоток статора используются провода с различной термической стойкостью изоляции:
Что такое статор и ротор и чем они отличаются
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.
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.
Для чего нужен статор?
Статор электродвигателей является их неподвижной частью, выполняющей роль несущей конструкции и магнитопровода.
У синхронного двигателя на нем располагается рабочая обмотка, а на силовом агрегате, питающемся от постоянного тока, находится индуктор. Состоит статор электродвигателей из станины и сердечника.
Станина представляет собой литой или сварной корпус, выполненный из чугуна или алюминия. Сердечник представляет собой цилиндр, созданный пакетами из листов предварительно обожженной электротехнической стали, изолированных лаком. Толщина используемой стали – от 0,35 до 0,5 мм, а скрепляются ее листы в пакет продольными швами или скобами.
В сердечнике выштампованы пазы для укладки статорной обмотки, состоящей из ряда изолированных и параллельно соединенных жил. Такая конструкция сердечника позволяет ослабить вихревые токи. К станине он крепится стопорными винтами, что предохраняет от проворачивания.
Обмотка статора электродвигателя: основные особенности
Размещение на статоре трехфазной обмотки позволяет создать вращающееся магнитное поле. В двигателе может быть различное число катушек, которые соединяются между собой.
Все они размещаются в пазах и состоят из одного или нескольких изолированных витков проводника. Обмотка статора электродвигателя может отличаться в различных типах двигателя своей изоляцией. Ее выбор зависит от таких факторов, как:
Если в паз помещается только одна сторона катушки, то обмотка статора электродвигателя называется однослойной. В том случае, если в пазу размещены обе катушечные стороны, то обмотка называется двухслойной. Материал статора, а точнее его обмотки, чаще всего круглый медный провод.
Ремонт статора электродвигателя
Необходимость произвести ремонт статора электродвигателя может возникнуть после нескольких лет эксплуатации силового агрегата. Прежде чем к нему приступить, необходимо очистить статор от загрязнений, которые могли появиться на нем в процессе работы или перевозки к месту ремонтных работ.
Для этого можно использовать моющие растворы, а при необходимости – аппараты высокого давления, обычно использующиеся на автомойках. Приведя статор в порядок можно приниматься за извлечение его из корпуса. Для этого обрезается лобовая часть обмотки, для чего используется токарный станок, а в бытовых условиях – зубило.
После этого производится нагрев статора до температуры около 200 градусов для размягчения изоляции. После этого извлекается обмотка, производится очистка пазов. Выполняется перемотка статора электродвигателя с использованием специально подготовленных шаблонов. На него наматывается катушка, к которой припаиваются выводные концы.
Лучше всего для этого использовать многожильный медный провод, так как меньше уязвим перед изгибами и вибрацией. Готовая катушка укладывается в паз, формируют ее лобные части, после чего ее заливают лаком. Сушат лак при температуре 130-150 градусов на протяжении нескольких часов.
Двигатель проверяют только после того, как он высохнет, предварительно проверив сопротивление между корпусом и обмотками. В том случае, если двигатель необходим с теми же рабочими параметрами, перемотка статора электродвигателя осуществляется тем же типом провода. Если же требуется изменить рабочее напряжение или скорость вращения ротора, то этого можно добиться, изменив тип используемого для обмотки провода.
Тепловая защита электродвигателя
В процессе эксплуатации электродвигателя могут возникнуть неполадки, причиной которых являются тепловые перегрузки. Они появляются в результате пропадания одной из фаз, питающих двигатель. При этом ток в два раза превышает номинальный, что и приводит к перегреву обмотки статора. Еще одной причиной могут стать проблемы, в результате которых вал вращается с затруднением.
Это происходит, когда электродвигатель работает под большой нагрузкой или выходят из строя подшипники. В результате перегрева разрушается изоляция обмотки статора, следствием чего становится короткое замыкание и выход оборудования из строя. Чтобы этого не произошло, используется тепловая защита двигателя, позволяющая своевременно обеспечить технику при появлении больших токов.