Статор и ротор - что это такое? - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Почему важно рассмотреть типы, чтобы понять разницу между статором электродвигателя и подвижной частью. Это связано с тем, что электродвигатели имеют множество конструктивных особенностей, то же самое относится и к генераторам (которые являются преобразователями механической энергии в электрическую, электродвигатели имеют противоположную функциональность).

Содержание

Что такое статор и ротор и чем они отличаются?

Электрические двигатели

Существует несколько классов электрических преобразователей, среди которых практическое применение нашли так называемые индукционные эквиваленты. Они преобразуют энергию путем преобразования индукции обмоток, которые являются неотъемлемой частью самой машины. Обмотки расположены в двух элементах – статоре и роторе. Итак, в чем разница между статором и ротором (что это такое и какие функции они выполняют?).

Самое простое определение двух частей инвертора – это их функциональность. Здесь все просто: статор (электродвигателя или генератора) – неподвижная часть, ротор – движущаяся часть. В большинстве случаев последний располагается внутри первого, и между ними остается небольшой зазор. Существуют так называемые агрегаты с внешним ротором, который представляет собой вращающееся кольцо с неподвижным статором внутри.

Статор – это неподвижная часть электродвигателя. Обычно он соединен с корпусом устройства и представляет собой цилиндрическую деталь. Он также состоит из нескольких ламинированных пластин для уменьшения нагрева, вызванного токами Фуко. Торцевые поверхности имеют места для установки подшипников скольжения или качения.

Что такое ротор

Крыльчатка, иногда также называемая якорем, – это подвижная или вращающаяся часть электрогенератора или двигателя, распространенный компонент бытовых и промышленных приборов.

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

Ядро. Он состоит из серии штампованных тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным диэлектриком или просто слоем оксида, который проводит электричество гораздо хуже, чем чистый металл. Ядро состоит из них и образует “слоеный пирог”. В результате электроны не успевают разогнаться из-за малой толщины металла и нагрев ротора значительно ниже, а эффективность всего устройства выше за счет снижения потерь. Это конструктивное решение было принято для снижения токов Фуко, которые неизбежно возникают во время работы двигателя из-за перемагничивания сердечника. Такой же метод работы с ними используется в трансформаторах переменного тока.
Обмотки. Вокруг сердечника медная проволока специально наматывается и покрывается лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание, которое не допускается. Вся обмотка дополнительно пропитывается эпоксидной смолой или лаком для защиты обмоток, чтобы они не были повреждены вибрациями, вызванными вращением.
Обмотки ротора могут быть подключены к коллектору, который представляет собой специальный блок контактов, установленный на валу. Эти контакты называются ребрами и изготавливаются из меди или медного сплава для лучшей передачи электрического тока. Щетки, обычно графитовые, скользят по нему, и в нужный момент на обмотки подается электрический ток. Это известно как скользящий контакт.
Сам вал представляет собой металлический стержень, имеет на концах посадочные места под подшипники качения и может иметь резьбу или выемки, шпоночные пазы для крепления шестерен, шкивов или других деталей, приводимых в движение электродвигателем.
На валу также установлен ротор вентилятора, благодаря чему двигатель охлаждается самостоятельно и нет необходимости устанавливать дополнительное теплоотводящее устройство.

Стоит отметить, что не каждый ротор имеет обмотки, которые на самом деле являются электромагнитами. Вместо них могут использоваться постоянные магниты, как в бесщеточных двигателях постоянного тока. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, с другой стороны, не имеет обмоток в их обычной форме, а использует металлические прутья клетки, но об этом подробнее ниже.

В предыдущем разделе, чтобы помочь объяснить принцип работы ротора, мы заменили его магнитом для наглядности. Теперь замените статор на магнит. Индукция – это явление, наблюдаемое при движении проводника в магнитном поле. Относительное движение проводника в магнитном поле создает в проводнике так называемый индуцированный электрический ток. Этот индукционный ток создает магнитное поле вокруг каждой обмотки ротора. Поскольку трехфазное переменное напряжение вызывает вращение магнитного поля статора, индуцированное магнитное поле ротора будет следовать за этим вращением. Это приведет к вращению вала двигателя. Двигатели переменного тока часто называют асинхронными двигателями переменного тока или IE (асинхронные электродвигатели).

Индукция

Ранее мы установили, как обычный магнит вращается в статоре. Двигатели переменного тока имеют роторы, а не магниты. Наша модель очень похожа на реальный ротор, за исключением того, что ротор поляризован магнитным полем. Это происходит из-за магнитной индукции, которая вызывает электрический ток в проводниках ротора.

Индукция

По сути, ротор действует как магнит. При включении электродвигателя ток проходит через обмотки статора и создает электромагнитное поле, которое вращается в направлении, перпендикулярном обмоткам ротора. Таким образом, в обмотках ротора индуцируется ток, который затем создает электромагнитное поле вокруг ротора и поляризует его.

В предыдущем разделе, чтобы помочь объяснить принцип работы ротора, мы заменили его магнитом для наглядности. Теперь замените статор на магнит. Индукция – это явление, наблюдаемое при движении проводника в магнитном поле. Относительное движение проводника в магнитном поле создает так называемый индуцированный электрический ток в проводнике. Этот индукционный ток создает магнитное поле вокруг каждой обмотки проводника ротора. Поскольку трехфазное переменное напряжение вызывает вращение магнитного поля статора, индуцированное магнитное поле ротора будет следовать за этим вращением. Таким образом, вал двигателя будет вращаться. Двигатели переменного тока часто называют асинхронными двигателями переменного тока или IE (асинхронные электродвигатели).

При использовании метода соединения звездой двигатель увеличивает скорость плавно, и быстро разогнаться до максимальной скорости невозможно.

Что такое ротор и статор в двигателе: описание, принцип работы в асинхронных двигателях и их функции

Очень многие бытовые приборы и устройства имеют в своей конструкции двигатель.

Мощные электродвигатели приводят в движение автомобили на городских улицах и железнодорожных путях, а также используются для подъема и переноса тяжелых грузов.

Из школьной программы мы помним, что электродвигатели – это устройства, используемые для преобразования энергии из одной формы энергии в другую. Чтобы понять, как происходит этот процесс, разберите электродвигатель и посмотрите, как он устроен внутри.

В наших статьях мы подробно рассказываем о назначении ротора и статора и о том, как они работают.

Поэтому давайте подробнее рассмотрим две основные части:

Ротор (другое название этой части – якорь) – это движущаяся, точнее, вращающаяся часть электродвигателя.

Конструкция рабочего колеса зависит от типа устройства, в котором оно используется. Если речь идет о коллекторном устройстве, то рабочее колесо состоит из следующих частей:

Ядро. Эта деталь состоит из пакета металлических пластин. Они ламинируются диэлектриком или обычной оксидной пленкой. В результате образуется “слоеный пирог”, основная функция которого заключается в подавлении ускорения электронов и предотвращении нагрева ротора. Дело в том, что для приведения двигателя во вращательное движение сердечник перемагничивается. Это вызывает вихревые токи или так называемые “токи Фуко”, которые нагревают ротор и снижают эффективность двигателя;

Обмотки. Сердечник обмотан витками медной проволоки. Каждая проволока покрыта прочным лаком. Кроме того, обмотки пропитываются эпоксидными смолами и закрепляются специальным лаком. Эта защита предотвращает повреждение обмоток и предотвращает пробои и короткие замыкания, которые могут вывести двигатель из строя;
Вал. Это металлический стержень. Своими торцевыми частями он установлен на подшипниках качения. Кроме того, вал может иметь резьбу, а также формованные углубления для ключей, удерживающих шестерни и крепления шкивов, которые приводятся в движение электродвигателем;

Ротор. Эта деталь устанавливается на вал ротора и используется для охлаждения электродвигателя во время работы. С помощью этого устройства двигатель охлаждается сам, и нет необходимости в других охлаждающих устройствах;
Коллекционер. Это цилиндрическая деталь, внешняя стенка которой состоит из медных контактов, называемых ребрами. Коллектор установлен на валу и снаружи окружен графитовыми щетками. Между лопастями коллектора и щетками установлен скользящий контакт.

Отдельно следует отметить, что обмотки ротора по существу являются электромагнитными, и не все типы роторов устроены таким образом.

Обмотки машин переменного тока можно разделить на три группы:

Типы электромеханических устройств

Ротор используется в электромеханических устройствах, таких как двигатели постоянного и переменного тока и генераторы.

Агрегаты с питанием от переменного тока

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

Алюминиевый или чугунный оребренный корпус с монтажной коробкой для подключения обмоток статора и ротора;
Статор представляет собой твердую деталь в виде полого цилиндра, расположенного внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар противоположных катушек изолированного медного провода, намотанных в пазах корпуса.
Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, в которые впаяны алюминиевые стержни высокой проводимости.

Ротор вращается на двух опорных подшипниках, насаженных на его вал. Высокоскоростной двигатель охлаждается ротором – небольшим вентилятором, состоящим из нескольких лопастей, расположенным на одном конце вала ротора. Ребристая структура алюминиевого корпуса также способствует эффективному охлаждению рабочего блока.

Принцип работы такого двигателя заключается в следующем:

Когда ток подается на устройство, он попеременно проходит через одну из трех пар катушек статора.
Когда электричество проходит через пары катушек статора, они генерируют магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
Попеременно включенные пары катушек создают движущееся магнитное поле, которое, согласно закону электромагнитной индукции, индуцирует электрический ток в неподвижных металлических стержнях ротора.
Индуцированный ток в роторе создает силу, которая выталкивает его из магнитного поля статора. Поскольку частота тока, подаваемого на катушки статора, составляет в среднем около 30 импульсов в секунду, результирующая сила сжатия в роторе заставляет его вращаться с высокой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременного вращения ротора и магнитного поля, создающего это движение, двигатель переменного тока может быть синхронным (устройство вращается синхронно с магнитным полем статора) или асинхронным (вращение якоря не синхронно с движением магнитного поля статора). Первый тип характеризуется высокой мощностью и надежностью, в то время как второй имеет широкий спектр конструкций и применений.

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный щеточный двигатель постоянного тока представляет собой электрический узел, состоящий из:

Чугунный корпус с ребрами охлаждения и специальной монтажной коробкой для подключения обмоток машины;
Прочный вал из инструментальной стали с двумя подшипниками;
Якорь состоит из сердечника (сборка из специальных стальных электротехнических пластин), обмотки якоря (катушки медной проволоки, помещенной в пазы сердечника);
Индуктор, состоящий из полюсов возбуждения с намотанными на них катушками медной проволоки;
Коллектор – медные пластины, расположенные на валу, к которым подключены выводы катушки обмотки якоря;
Подпружиненные графитовые или металлографитовые щетки (щеточная группа).

Двигатель охлаждается так же, как и его аналог переменного тока – с помощью ротора на валу.

Важно! В отличие от двигателя переменного тока, скорость вращения ротора в этом устройстве контролируется специальным блоком, который определяет положение и скорость вращения ротора с помощью датчика Холла, установленного на валу.

Устройство работает следующим образом:

К обмотке возбуждения прикладывается напряжение, создавая тем самым постоянное магнитное поле;
Напряжение подается через щетки и коллектор на обмотки якоря – результирующее магнитное поле отталкивается от такого же поля, создаваемого индуктором, заставляя двигатель вращаться (“работать”);
Затем вращение подается на остальные обмотки якоря через щетки, заставляя якорь равномерно вращаться с заданной скоростью.

Вращение такой машины останавливается путем прерывания напряжения, питающего группу щеток.

Помимо описанных выше электродвигателей, машины постоянного тока также включают в себя роторный стартер – устройство, необходимое для запуска бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания.

Для того чтобы проводить ремонт в большом количестве, необходимо создать специальный ремонтный отдел, подобрать персонал, содержать определенное количество оборудования, материалов и комплектующих, иметь справочную литературу.

Компактный и фазосдвигающий ротор

Существует два типа асинхронных двигателей – с короткозамкнутым ротором и с фазосдвигающим ротором.

Ротор с короткозамкнутым ротором представляет собой набор медных или алюминиевых стержней (2), которые сцеплены (замкнуты) кольцом (3). Стержни впаиваются или заливаются в сердечник (1). Ее называют клеткой для белок из-за внешнего сходства, как видно на левой стороне иллюстрации ниже.

Фазный ротор имеет другую конструкцию, с полной трехфазной обмоткой, часто с катушками, соединенными звездой, т.е. Концы соединяются в одной точке, а начала катушек подключаются к проводящим кольцам. Щеточный узел образует скользящий контакт с кольцами. В свою очередь, он состоит из щеток и держателей щеток.

Читайте далее: