Понятие и типы роторов: намотка и скорость вращения ротора и статора

Определение

С точки зрения электротехники классический ротор представляет собой вращающееся цилиндрическое тело со следующей конструкцией:

• Цельный вал из инструментальной стали с не менее чем двумя подшипниками, по одному спереди и сзади;
• Сердечники из толстых металлических листов;
• Сердечники катушек намотаны на сборку из пластин;
• Коллектор или пара специальных токопроводящих колец.

Для принудительного воздушного охлаждения детали, очень часто вращающейся с большой скоростью, служит крыльчатка, расположенная на одном из концов. В генераторах вращение передается на ротор от турбины, соединенной с ним через общий вал, или от работающего двигателя с помощью шкива, снабженного гибким и прочным ремнем (клиноременная передача).

Итак, основной функцией ротора является вращение относительно неподвижной части. В электротехнике такой неподвижной частью является статор. Вместе ротор и статор являются важными компонентами электродвигателей и генераторов.

Области применения

Перечислять все сферы применения электродвигателей можно бесконечно. Приведем лишь некоторые из них в качестве примера:

• электрические бытовые и промышленные инструменты;
• автомобильная промышленность — электростеклоподъемники, вентиляторы и другая автоматика;
• трамваи, троллейбусы, электромобили, краны и другие механизмы, для которых важны высокие тяговые свойства.

Виды электромеханических устройств

Статор — концепция и принцип работы

Ротор используется в таких электромеханических устройствах, как двигатели, работающие на постоянном и переменном токе, генераторы.

Агрегаты, работающие на переменном токе

К таким устройствам относятся различные электродвигатели. Самая распространенная модель этого устройства состоит из следующих частей:

• Ребристый корпус из алюминия или чугуна с монтажной коробкой для соединения обмоток статора и ротора;
• Статор представляет собой неподвижную часть в виде полого цилиндра, размещенного внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар катушек, намотанных в пазах на корпусе из изолированного медного провода, расположенных друг напротив друга
• Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, к которым припаяны высокопроводящие алюминиевые стержни.

Двигатель переменного тока

Ротор вращается на двух опорных подшипниках, напрессованных на вал. Охлаждение электродвигателя, работающего на высоких оборотах, происходит за счет крыльчатки — небольшого вентилятора, состоящего из множества лопастей и расположенного на одном конце вала ротора. Ребристая структура алюминиевого корпуса также способствует эффективному охлаждению рабочего блока.

Принцип работы такого двигателя следующий:

1. Когда на устройство подается питание, оно поочередно проходит через одну из трех пар катушек статора.
2. Когда электрический ток протекает через пары катушек статора, они создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
3. Поочередно возбуждаемые пары катушек создают движущееся магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции провоцирует появление электрического тока в неподвижных металлических стержнях ротора.
4. Индуцированный ток в роторе приводит к возникновению силы, которая выталкивает его из магнитного поля статора. Поскольку частота подачи тока на обмотки статора составляет в среднем около 30 импульсов в секунду, выталкивающая сила, создаваемая в роторе, заставляет его вращаться с большой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременного вращения ротора и магнитного поля, порождающего это движение, электродвигатель переменного тока может быть синхронным (ротор устройства вращается синхронно с магнитным полем статора) и асинхронным (вращение якоря не синхронизировано с движением двигателя) магнитное поле статора). Первый тип отличается высокой мощностью и надежностью, а второй тип характеризуется большим разнообразием конструкций и областей применения.

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный двигатель постоянного тока щеточного типа представляет собой электрический блок, состоящий из:

• Чугунный корпус с теплоотводами и специальной монтажной коробкой для подключения обмоток к устройству;
• Вал из прочной инструментальной стали с двумя подшипниками;
• Якорь, состоящий из сердечника (набор пластин из специальной электротехнической стали), обмотки якоря (витки из медной проволоки, размещенные в пазах сердечника);
• Индуктор, состоящий из катушек возбуждения с намотанными на них витками медной проволоки;
• Коллектор — расположенные на валу медные пластины, к которым присоединяются выводы катушек обмотки якоря;
• Подпружиненные графитовые или металлографитовые щетки (щеточная группа).

Такой двигатель охлаждается, как и аналог, работающий от переменного тока, — крыльчаткой, расположенной на валу.

Двигатель постоянного тока

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

Подобное устройство работает следующим образом:

1. На обмотку возбуждения подается напряжение, тем самым создается постоянное магнитное поле;
2. Через щетки и коллектор подается напряжение на катушки сердечника якоря — возникающее магнитное поле отталкивается от такого же, образованного индуктором, в результате чего двигатель начинает вращаться («заводится»);
3. Затем по мере их вращения через щетки приводятся в движение остальные витки обмотки якоря, что приводит к равномерному вращению якоря с определенной скоростью.

Вращение такого узла останавливается прекращением подачи напряжения на щеточную группу.

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

Читайте также: Жидкости, образующие лужи под днищем машины

Управление

Нетрудно понять, что если изменить полярность напряжения, изменится и направление вращения якоря. Это позволяет легко управлять электродвигателем, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента на валу. Мы видим прямую линию с отрицательным наклоном. Эта прямая линия выражает механическую характеристику двигателя постоянного тока. Для его построения выбирается определенное фиксированное напряжение, которое подается на возбуждение обмоток ротора.

Примеры механических свойств ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такой же прямой линией, но с положительным наклоном, является график зависимости скорости якоря от напряжения питания. Это управляющая характеристика синхронного двигателя.

Построение заданного расписания осуществляется в конкретное время разработанной КДС.

Пример управляющей характеристики якорного электродвигателя

Благодаря линейности характеристик упрощается управление двигателями постоянного тока. Так как сила F пропорциональна току, изменяя ее величину, например, переменным сопротивлением, можно управлять параметрами электродвигателя.

Регулирование скорости вращения ротора легко осуществляется изменением напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов достигается устойчивый рост числа оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов замедлиться. Также в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которая может быть возвращена в электросеть.

Как проводится диагностика неисправности?

Проверка якоря электродвигателя начинается с определения самой неисправности. Полный выход из строя этого узла происходит из-за выкрашивания щеток коллектора, разрушения диэлектрического слоя между пластинами, а также из-за короткого замыкания в электрической цепи. Если внутри блока образуются искры, делают вывод об износе или повреждении токосъемников.

Искры от щеток начинаются из-за появления зазора в месте контакта с коллектором. Этому предшествует падение устройства, высокая нагрузка на вал при заклинивании, а также нарушение целостности пайки на выводах обмотки.

Неисправность работающего электродвигателя проявляется типичными состояниями:

• Искры являются основным признаком неисправности.
• Гудение и трение при вращении якоря.
• Заметная вибрация во время работы.
• Изменение направления вращения при прохождении якорем пути менее чем за один оборот.
• Появление запаха плавящегося пластика или сильный нагрев корпуса.

Информационная табличка на двигателе (шильдик)

Получить полную и достоверную информацию о двигателе можно, если уметь «читать» шильдик. Точнее то, что на нем написано. Начнем описание шильдика рассматриваемого двигателя сверху вниз.

1. Название двигателя. Значок слева — эмблема производителя, справа — знак качества СССР.
2. Слева: тип двигателя — в этом наборе букв и цифр была закодирована технологическая информация. В кодировку могут быть включены данные: о количестве витков в обмотке; количество витков провода в катушке; сколько проводов намотано на катушки; тип лака для пропитки и т д. Справа: заводской номер двигателя.
3. Слева направо: количество рабочих фаз; частота рабочего напряжения (Гц); мощность двигателя (Вт); cos φ — текущий коэффициент мощности (параметр показывает, сколько мощности, отбираемой из сети, используется по назначению). Чем больше мощность, тем выше этот параметр.
4. Количество оборотов в минуту вала двигателя; характеристики статора – по какой схеме могут быть соединены обмотки (треугольник или звезда); значение(я) рабочего напряжения.
5. Ток, потребляемый двигателем, соответствующий каждой схеме соединения обмоток (в данном случае 2,3 А при соединении «треугольником» и 1,33 А — при «звезде»); коэффициент полезного действия (КПД), степень пылевлагозащиты (IP44).
6. ГОСТ СССР, по которому изготовлен двигатель; класс изоляции, режим S1. Режим S1 означает, что это постоянный рабочий режим. В этом режиме двигатель может работать длительное время.
7. Страна производитель двигателя.

Физический принцип работы электродвигателя постоянного тока

Если вспомнить закон Ампера, то будет ясно, что на проводник с током в магнитном поле действует некоторая сила. Именно это обстоятельство позволяет получить вращающийся якорь.

Вспомните простейший эксперимент, который показывали школьникам. Рамку с током помещают в магнитное поле и она начинает двигаться. Правда, двигается он недолго, а скорее дергается. Это все из-за несовпадения векторов. Если бы мы разместили магниты немного иначе, то получили бы постоянное движение.

Силы Ампера, действующие на стороны рамки, будут создавать момент, величина которого пропорциональна магнитной индукции, току в рамке, ее площади S и зависит от угла а между вектором магнитной индукции и нормалью к рама.

Рамка с током в магнитном поле

В представленной ситуации рамка будет вращаться только тогда, когда векторы Fа не деформируют ее, а обеспечивают вращательное движение.

Вот так поворачивается рамка

Для этого в данном примере рамку необходимо повернуть на 90 градусов. А теперь представьте, что якорь нашего двигателя состоит исключительно из таких шпангоутов, их много. Это улучшит процесс движения.

Вот мы и получили простейший электродвигатель постоянного тока.

Теперь представим, как будет вести себя такой двигатель при подключении к сети переменного тока. Он начнет танцевать в разные стороны. Ведь переменный ток отличается тем, что регулярно меняет направление. Рамка с током, через который она проходит, также изменит направление движения. Такая вещь не сможет плавно крутиться. Поэтому двигатели переменного тока используются в переменных сетях. Конечно, двигатель постоянного тока может работать и в переменной сети, но для этого перед ним нужно использовать выпрямитель.

Правда, есть и универсальные электродвигатели, которые так же удобно использовать и там, и там. Но об этом чуть позже.

Статор и ротор в асинхронных двигателях

Трехфазные асинхронные двигатели имеют свои особенности, ротор и статор в них отличаются от используемых в других типах электродвигателей. Например, ротор может иметь две конструкции: короткозамкнутую и фазную. Рассмотрим структурные особенности каждого из них более подробно. Однако давайте сначала кратко разберемся, как работает асинхронный двигатель.

В статоре образуется вращающееся магнитное поле. Он индуцирует индукционный ток на роторе и тем самым приводит его в движение. Таким образом, ротор всегда пытается «подцепить» вращающееся магнитное поле.

Также необходимо упомянуть о такой важной особенности асинхронного двигателя, как проскальзывание ротора. Это явление заключается в различии частот вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором. Это как раз и объясняется тем, что ток в роторе индуцируется только при его движении относительно магнитного поля. И если бы частоты вращения были одинаковыми, этого движения просто не происходило бы. В результате ротор пытается «догнать» магнитное поле по скорости, и если это происходит, то ток в обмотках перестает индуцироваться и ротор тормозится. В этот момент сила, действующая на него, возрастает, он снова начинает ускоряться. Этим достигается эффект стабилизации скорости вращения, который востребован у этих электродвигателей.

Конструкционное решение электродвигателя асинхронного типа

Статор, ротор, торцевые щиты и подшипники, вентилятор, распределительная коробка — все это конструктивные элементы асинхронного двигателя.
Статор – это неподвижная часть конструкции, на которой размещена обмотка. Именно она создает электромагнитное поле.

Ротор является движущейся частью устройства. Именно в нем создается электромагнитный момент, который способствует движению как самого ротора, так и исполнительного механизма.

Сердечники двух описанных выше элементов изготовлены из электротехнической стали толщиной 1/2 мм. Обязательно присутствует изоляция: для статора ее роль отведена лаковой пленке, а для ротора – окалине. Обмотка ротора обычно изготавливается из алюминия.

Сегодня выпускаются асинхронные электрические машины двух типов — однофазные и трехфазные. Что касается последних, то они подразделяются на:

Состав

Данные на 29 августа 2018 г

35 VR Дмитрий Зорников 1997 г 33 VR Александр Пономарев 2000 г – VR Владислав Лизенко 2000 г четыре Защищать Константин Щербаков* 1997 г 6 Защищать Юрий Татаренков* 1999 г 19 Защищать Владислав Рымарь 2000 г 20 Защищать Кирилл Шведов 2000 г 21 Защищать Дмитрий Лаврищев 1998 г 47 Защищать Станислав Верхоглядов* 1999 г 50 Защищать Максим Карпов* 1995 г 79 Защищать Александр Шабичев 1997 г 89 Защищать Даниил Домничев* 1998 г 93 Защищать Виктор Ефимов* 1999 г четырнадцать ПЗ Никита Арсеньев 1999 г

18 ПЗ Олег Николаев* 1998 г 26 ПЗ Иван Лагутин 1999 г 55 ПЗ Алексей Сергиенко* 1999 г 57 ПЗ Илья Насонкин* 1999 г 76 ПЗ Данила Иванов 2000 г 93 ПЗ Павел Кобзев 1999 г 98 ПЗ Сергей Михайлов* 1999 г 99 ПЗ Николай Кузнецов* 1999 г 17 Вздремнуть Роман Янушковский* 1995 г 53 Вздремнуть Алексей Барцов* 1999 г 66 Вздремнуть Никита Климов* 1997 г 94 Вздремнуть Данила Хахалев* 1997 г 97 Вздремнуть Евгений Чабанов* 1997 г

* Также встречается в приложении к основной команде.

Способы подключения асинхронного двигателя

Как мы уже узнали, асинхронный двигатель имеет три обмотки. По-современному они обозначаются английскими буквами U, V, W. Начало каждой обмотки обозначается цифрой «1», а конец обмотки цифрой «2».

Поэтому существует два способа соединения обмоток: звезда и треугольник.

Способ соединения «звезда»

Метод «звезда» предполагает подключение одинаковых выводов обмоток (начала или конца обмоток) к одной (нулевой) точке.

В распределительной коробке двигателя это соединение будет выглядеть так.

Как видите, в данном случае с помощью железных пластин мы замкнули концы обмоток на одну общую точку.

Подключение таким способом в основном практикуется на промышленных двигателях. Часто для таких двигателей, которые не будут продаваться через розничную сеть, производитель делает соединение звездой уже внутри статора. На корпус двигателя выведено не 6 клемм, а 3. В этом случае достаточно просто подать трехфазное напряжение. Поэтому помните: Если вы видите, что у асинхронного двигателя всего 3 провода, это значит, что обмотки уже соединены в звезду».

Способ соединения «треугольник»

Соединение «треугольник» выполняется по схеме: конец первой обмотки соединяется с началом второй, конец второй — с началом третьей, а конец третьей — с началом первого. На точки подключения подается трехфазное напряжение питания.

В движке это будет выглядеть так.

Типы роторов

Принцип работы электродвигателя

В зависимости от области использования и конструкции роторы бывают следующих типов:

• Фазо-якорь этого типа представляет собой набор катушек, намотанных на сердечник, расположенных относительно друг друга под углом 1200. Концы проводов катушек выведены на пластины коллектора и приводятся в движение щеточным узлом.
• Этот тип короткозамкнутого ротора состоит из одного цилиндра с канавками, в которых размещены стержни из электролитической меди или алюминия. Концы таких стержней соединяются кольцом. Коллекторно-щеточный узел в агрегатах, оснащенных такой арматурой, отсутствует.

Двигатели с фазным якорем имеют большие габариты и массу, но при этом имеют отличный пуск и регулировку. Блоки с короткозамкнутым ротором меньше по размеру, менее подвержены поломке и проще в эксплуатации.

Узнав, что такое ротор и статор, можно получить не только полезные теоретические знания, но и практические навыки: зная устройство устройств, работающих на постоянном и переменном токе, в случае неисправности можно проверить работоспособность их основные узлы, определяют, есть ли в поломке обмотка якоря, статора, щеточного или коллекторного узла.

Ответив на вопрос «что такое ротор» и вникнув в устройство этой детали, можно самостоятельно перемотать сгоревшие обмотки, что опять же является достаточно ответственной и высокооплачиваемой работой.

Конструкция простейшего электродвигателя

Самый простой электродвигатель

Еще раз отметим, что рассматриваемая конструкция далеко не единственный вариант реализации подобных устройств. Впрочем, так работает большинство устройств, и среди бытовой техники или в транспорте вы вряд ли найдете что-то другое. Поэтому рассмотрим простейшую схему и элементарный вариант реализации устройства.

Конструкция простейшего электродвигателя весьма примитивна. Он состоит из статора и ротора. Все это убирается в корпус и подключается проводами к источнику электрической энергии. Еще есть подшипники, но это чисто механическая вещь и нас она сейчас особо не интересует.

Части двигателя

Статор является неподвижной частью. Преимущественно неподвижная часть представлена ​​постоянными магнитами. Но есть и обратный вариант, когда обмотка выполнена на статоре. Разница обусловлена ​​типом сети, в которой работает двигатель – постоянного тока или переменного тока.

Ротор представляет собой подвижную часть, которая обычно представляет собой якорь, и на нем выполнена обмотка. Щетки соединены с ротором, на который подается электрический ток.

Щетки подключены к источнику питания. Именно они «посылают электричество». Но не все конструкции двигателей имеют щетки.

Вся конструкция смонтирована в корпусе и в закрытом состоянии представляет собой готовый к работе силовой агрегат. Иногда к ротору двигателя добавляют еще и крыльчатку вентилятора, обеспечивающую циркуляцию воздуха через агрегат и его дополнительное охлаждение. Так обычно монтируются двигатели постоянного тока.

На валу двигателя мы получаем крутящий момент, который вполне можно использовать для своих нужд. Например, передать его с помощью шестерни в редуктор или использовать непосредственно для получения полезной работы (как в домашнем вентиляторе).

Женщина подоила корову, а в воде отразилось обратное. Это может быть связано с конструкцией электродвигателя. Тогда обмотка будет там на статоре, а не на роторе. Это уже будут двигатели переменного тока. Сам ротор будет выполнен либо из постоянных магнитов, либо иметь вид короткозамкнутой клетки (ее еще называют беличьим колесом).

Бывает и так, что и статор, и ротор электродвигателя являются обмотками. Затем картина немного меняется. Правда, смысл тот же. О принципах конструирования таких машин мы поговорим чуть позже.

Обмотка

Обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. При этом двигатель может иметь разное количество витков. Они соединяются друг с другом. Катушки устанавливаются в соответствующие слоты. Такая конструкция может состоять из одной или нескольких обмоток изолированных проводников.

Обмотка статора может иметь ряд отличий в разных типах двигателей. Это касается в первую очередь его изоляции. На этот параметр влияет напряжение при работе, форма и размер паза, предельная температура обмотки, а также ее тип.

Бывает, что в слот помещается не вся катушка, а только одна ее сторона. В этом случае обмотка называется однослойной. Если две стороны катушки устанавливаются в паз одновременно, то конструкция называется двухслойной. Материалом для обмотки статора чаще всего выбирают медную проволоку круглого сечения.

Статор асинхронного двигателя

Статор асинхронного двигателя представляет собой сердечник, состоящий из пластин электротехнической стали и содержащий медные обмотки, уложенные определенным образом в пазы статора.

Как уже упоминалось, сердечник статора состоит из пластин, изолированных друг от друга. На внутренней стороне статора имеются канавки

в котором находится изоляция

Кроме того, в эти пазы особым образом наматывается лакированная медная проволока, представляющая собой обмотку статора

Асинхронный двигатель состоит из трех «отрезков» медного провода

Которые определенным образом укладываются в пазы статора под углом 120 градусов по отношению друг к другу.

Все 6 концов обмоточных проводов выведены в распределительную коробку, расположенную на корпусе двигателя.

Статор двигателя, а точнее размеры сердечника, количество витков в каждой обмотке и толщина обмоточного провода, из которого намотаны витки, определяют основные параметры двигателя. Например, номинальная скорость двигателя зависит от количества витков в каждой обмотке, а номинальная мощность двигателя зависит от толщины провода, которым они намотаны. Количество обмоток у трехфазного асинхронного двигателя всегда равно трем. Но количество витков в каждой из этих обмоток разное. Катушки могут быть намотаны в один или два провода.

Учитывая, что номинальная скорость двигателя обратно пропорциональна номинальной нагрузке, можно с уверенностью сказать, что частота вращения вала асинхронного двигателя будет уменьшаться с увеличением нагрузки. Если скорость начинает снижаться во время работы двигателя из-за увеличения нагрузки, неостановка этого процесса может привести к полной остановке двигателя. Двигатель начнет сильно гудеть, вал ротора не будет крутиться — будет сильный нагрев катушек с последующим разрушением изоляции провода обмотки, что приведет к короткому замыканию и возгоранию обмоток.

Реальное фото статора одного из асинхронных двигателей выглядит так.

Cтатор в разных типах электродвигателей

Статор является составной частью электрической машины, которая остается неподвижной во время работы двигателя. Ротор — вращающаяся часть электродвигателя, передающая механическую энергию на выходной вал. Другое название ротора — якорь.

Синхронный или коллекторный двигатель

Электрический ток на пластины 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, создаваемым обмотками якоря. Ротор будет вращаться. Такие электродвигатели широко используются в различных бытовых и промышленных приборах: электродрелях, пылесосах, мотостанках, электромобилях.

Интересно. Двигатели этого типа имеют другое название — синхронные. Это означает, что скорость вращения ротора равна скорости вращения электромагнитного поля, создаваемого в двигателе.

Асинхронные двигатели

Подавляющее большинство электродвигателей, используемых как в промышленности, так и в быту, представляют собой асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Такие двигатели используются в трехфазных и однофазных сетях переменного тока.

Асинхронный двигатель

Конструкция статора состоит из большого количества стальных пластин и размещена в основном корпусе, отлитом из немагнитных металлов: чугуна или алюминия.

Многослойный статор двигателя

Материал пластин – электротехническая сталь. Пластины изолированы друг от друга специальным диэлектрическим лаком. Статор имеет продольные пазы, в которых размещены три обмотки, смещенные относительно оси вращения электродвигателя на 120 градусов друг от друга. Ротор также набирается из изолированных листов электротехнической стали. В пазах ротора размещены стержни из алюминия, реже меди, соединенные на концах контактными кольцами. Отсюда и название — короткозамкнутый ротор. Эта конструкция, называемая «беличьим колесом», играет роль обмотки ротора.

Ниже представлен разрез асинхронного электродвигателя. Вы можете ясно видеть, что такое многослойный статор.

Часть асинхронного двигателя

Обмотки двигателя могут подключаться к трехфазной электрической сети по схеме «треугольник» или «звезда».

Варианты подключения трехфазного двигателя

Цепь подключается в распределительной коробке двигателя, называемой борн или брно.

При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникают пульсирующие токи, которые вызывают возникновение вращающегося магнитного поля в статоре. Это поле пересекает токонесущие стержни ротора, где индуцируются вторичные пульсирующие токи. Результатом является появление магнитного поля в роторе. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют и заставляют стержни «беличьего колеса» вращаться вместе с самим ротором. Якорь вращается со скоростью немного меньшей, чем магнитное поле статора.

Величина этой разницы называется скольжением и может варьироваться от 2 до 8%. Из-за наличия скольжения двигатели подобной конструкции называются асинхронными. Эффект скольжения физически необходим для работы асинхронного двигателя — не будет отставания между вращением ротора и магнитным полем статора, не будет индуцироваться ток в стержнях ротора, магнитное поле в якоре будет исчезают, заставляя ротор вращаться.

Проверка якоря коллекторного двигателя

На якоре коллекторного двигателя необходимо проверять два основных вида неисправностей:

На заметку. К механическим отказам обычно относится износ подшипников. При работе двигателя наблюдается сильный шум, нагрев подшипников, продольный и радиальный люфт якоря.

К электрическим неисправностям относятся:

• Обрыв провода в обмотке;
• Межвитковая схема;
• Пробой обмотки на корпусе якоря и самого двигателя;
• Износ контактных планок коллектора.

Следует рассмотреть, как проверить якорь на наличие коротких замыканий между витками. Это удобно делать цифровым мультиметром или, при его отсутствии, стрелочным тестером.

Как вызвать якоря? Необходимо поочередно измерять сопротивление обмоток якоря, касаясь щупами мультиметра противоположных ламелей коллектора. Значительное отклонение значения сопротивления позволит распознать неисправную обмотку. Пробой корпуса проверяют мультиметром в диапазоне сопротивлений 20 кОм. Один щуп крепится к валу ротора, другой поочередно касается лопаток коллектора. Устройство должно отображать «сломанное» состояние. По показаниям мультиметра менее 20 кОм можно узнать о неисправности обмотки, и, соответственно, о необходимости ремонта якоря.

Преимущества и недостатки

Преимущества включают в себя:

• Линейная зависимость характеристик двигателей постоянного тока (прямые линии), что упрощает управление;
• Легко регулируемая скорость;
• хорошие стартовые свойства;
• компактные размеры.

В асинхронных двигателях, которые являются двигателями переменного тока, добиться таких характеристик очень сложно.

Ошибка:

• ограниченный ресурс коллектора и щеток;
• дополнительная трата времени на профилактические работы, связанные с обслуживанием коллекторно-щеточных узлов;
• ввиду того, что мы используем сети с переменным напряжением, возникает необходимость коррекции тока;
• высокие затраты при производстве анкеров.

По перечисленным параметрам среди недостатков победителями являются модели асинхронных двигателей. Но во многих случаях использование двигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Индукция

Ранее мы установили, как обычный магнит вращается в статоре. В двигателях переменного тока роторы, а не магниты. Наша модель очень похожа на настоящий ротор, за исключением того, что магнитное поле поляризует ротор. Это вызвано магнитной индукцией, благодаря которой в проводниках ротора индуцируется электрический ток.

Индукция

По сути, ротор работает так же, как магнит. При включении электродвигателя ток протекает по обмоткам статора и создает электромагнитное поле, которое вращается в направлении, перпендикулярном обмоткам ротора. Это индуцирует ток в обмотках ротора, который затем создает электромагнитное поле вокруг ротора и поляризацию ротора.

В предыдущем разделе, чтобы было проще объяснить принцип работы ротора, для ясности заменили его магнитом. Теперь заменим статор магнитом. Индукция – это явление, возникающее при движении проводника в магнитном поле. Относительное движение проводника в магнитном поле вызывает в проводнике возникновение так называемого индуцированного электрического тока.

Этот индуцированный ток создает магнитное поле вокруг каждой обмотки проводника ротора. Поскольку трехфазное питание переменного тока 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 (асинхронными двигателями).

Чередование полюсов с помощью переменного тока

Переключатель полюсов переменного тока

Полярность постоянно меняется на переменный ток (AC). Далее мы увидим, как ротор заменяется магнитом, который вращается под действием индукции. Переменный ток играет здесь важную роль, поэтому будет полезно привести здесь краткую информацию о нем:

Переменный ток — переменный ток

Под переменным током понимается электрический ток, который периодически меняет направление в цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю. Вращающееся магнитное поле можно создать с помощью трехфазного источника питания. Это означает, что статор подключен к трехфазному источнику переменного тока. Полный цикл определяется как цикл в 360 градусов. Это означает, что каждая фаза расположена относительно другой под углом 120 градусов. Фазы показаны синусоидальными кривыми, как показано на рисунке.

Трехфазный переменный ток

Трехфазный ток представляет собой непрерывный ряд перекрывающихся напряжений переменного тока (AC).

Смена полюсов

На следующих страницах объясняется, как ротор и статор взаимодействуют, заставляя двигатель вращаться.

Для ясности мы заменили ротор вращающимся магнитом, а статор катушками. В правой части страницы изображение двухполюсного трехфазного электродвигателя. Фазы соединены попарно: 1 фаза соответствует катушкам А1 и А2, 2 фаза — В1 и В2, 3 фаза соответствует С1 и С2. При подаче тока на катушки статора одна из них становится северным полюсом, другая — южным. Итак, если А1 — это северный полюс, то А2 — это южный.

Переменный ток

Обмотки фаз А, В и С размещены по отношению друг к другу под углом 120 градусов.

Количество полюсов двигателя определяется количеством пересечений между полем обмотки и полем ротора. При этом каждая обмотка перекрещивается дважды, а значит имеем двухполюсный статор. Таким образом, если бы каждая обмотка появлялась четыре раза, это был бы четырехполюсный статор и т д

При подаче электрического тока на фазные обмотки вал двигателя начинает вращаться со скоростью, определяемой числом полюсов (чем меньше полюсов, тем медленнее скорость)

Вращение ротора

Далее описан физический принцип работы электродвигателя (как ротор вращается внутри статора). Для наглядности заменим ротор магнитом. Все изменения в магнитном поле происходят очень быстро, поэтому весь процесс приходится делить на этапы. При прохождении трехфазного переменного тока через обмотки статора в нем образуется магнитное поле, в результате чего возникают механические силы, заставляющие ротор вращаться в направлении вращения магнитного поля.

Начав вращение, магнит будет следовать за изменяющимся магнитным полем статора. Поле статора изменяется таким образом, что вращение поддерживается в одном направлении.

Технология перемотки статора

Показателями ненормальной работы электродвигателя являются:

• Снижение мощности;
• повышение температуры тела;
• «Пробой» напряжения на землю.

В этом случае следует диагностировать неисправность статора. Необходимо определить, как проверить статор на межвитковое замыкание мультиметром. Значение сопротивления обмотки указано в справочной литературе для конкретного двигателя. Проверив мультиметром сопротивление каждой из обмоток, можно определить неисправную. Затем необходимо перемотать одну или все обмотки статора.

Основные операции:

• Удаление старых обмоток из пазов статора;
• Очистка дорожек от остатков старой электро- и теплоизоляции;
• Установка новой изоляции в пазы статора;
• Укладка новых обмоток;
• Пропитка обмоток диэлектрическим лаком и его сушка;
• Проверяет электрические параметры новых обмоток статора.