Конструкция обмоток статоров синхронных и асинхронных машин

Особенности ремонта асинхронной машины

Проблемы со всеми типами двигателей могут быть механической или электрической природы. В первом случае о неисправности может свидетельствовать сильная вибрация и характерный шум, как правило, это свидетельствует о проблемах с подшипником (чаще всего в торцевой крышке). Если вовремя не устранить неисправность, вал может заклинить, что неизбежно приведет к выходу из строя обмоток статора. В этом случае тепловая защита автоматического выключателя может не успеть сработать.

«Сгоревшие» выводы обмотки статора

Исходя из практики, в 90% отказов асинхронных машин возникают проблемы с обмоткой статора (обрыв цепи, межвитковое замыкание, замыкание на корпус). При этом короткозамкнутый якорь обычно остается в рабочем состоянии. Поэтому даже при механическом характере повреждения необходимо проверить электрическую часть.

Преимущества и недостатки

К преимуществам автотрансформаторов относятся:

• высокий КПД за счет преобразования только части энергии (относится к коэффициенту преобразования при k
• малые потери электроэнергии;
• плавное снятие напряжения с контакта;
• относительно низкая цена (требуется меньше стали для изготовления сердечника и меньше меди для изготовления обмоток);
• малый вес для удобства транспортировки и установки;
• возможность изготовления оборудования по заданным габаритам и массе.

При выборе необходимо учитывать недостатки:

• необходимость использования грозозащитных разрядников в связи с повышенным потенциалом напряжения;
• отсутствие изоляции между обмотками;
• в случае сбоя высокого напряжения низкое напряжение теряет стабильность;
• при заземлении необходимо учитывать, что сопротивление не должно превышать разность потенциалов фаз при коротком замыкании;
• если устройство опущено, возникают токи, способствующие образованию короткого замыкания.

Проверка обмотки

В большинстве случаев проблему можно определить по внешнему виду и характерному запаху (см рис. 1). Если неисправность не может быть определена эмпирически, мы переходим к диагностике, которая начинается с вызова непрерывности на обрыв.

Если таковой обнаружен, двигатель разбирается (об этом процессе будет рассказано отдельно) и производится тщательный осмотр соединений. При не обнаружении дефекта можно обнаружить обрыв одной из катушек, что требует перемотки.

Если непрерывность не показала обрыва, следует продолжить измерение сопротивления обмоток, учитывая следующие нюансы:

• сопротивление изоляции витков корпуса должно стремиться к бесконечности;
• для трехфазного режима обмотки должны иметь одинаковое сопротивление;
• у однофазных машин сопротивление пусковых катушек превышает показания рабочих обмоток.

Кроме того, следует помнить, что сопротивление катушек статора довольно низкое, поэтому нет смысла использовать для его измерения приборы низкого класса точности, например, большинство мультиметров. Исправить ситуацию можно, собрав простую схему на потенциометре с добавлением дополнительного источника питания, например автомобильного аккумулятора.

Схема измерения сопротивления обмотки

Процедура измерения следующая:

1. Катушка привода подключена к схеме, показанной выше.
2. Потенциометр устанавливает ток на 1 А.
3. Сопротивление катушки рассчитывается по следующей формуле: , где РК и УПИТ были описаны на рисунке 2. R — сопротивление потенциометра, — падение напряжения на измеряемой катушке (на схеме показан вольтметр).

Также стоит рассказать о методике, позволяющей определить место межвиткового замыкания. Это делается следующим образом:

Освобожденный от ротора статор подключают через трансформатор к уменьшенному источнику питания, подложив к нему стальной шарик (например, со склада). Если катушки работают, шарик будет вращаться по внутренней поверхности без остановки. При наличии межвиткового замыкания он будет «прилипать» к этому месту.

Метод с шариком

• Подключить симметричное напряжение от трех фаз с малым номинальным током.
• Подключить к каждой фазе понижающий трансформатор с одинаковыми рабочими параметрами.
• Подайте напряжение (и ни в коем случае не превышайте ток нагрузки!).
• Одновременно ввести в созданное магнитное поле небольшой стальной шарик (диаметром 1-3 см).
• Следите за действиями, выполняемыми объектом: если шарик вращается синхронно, все в порядке, если останавливается, значит в этом месте короткое замыкание.

Обмотка трансформатора из алюминиевого провода (основные типоразмеры):

Качающийся символ	Тип трансформатора	Страница	Схема подключения	Напряжение, кВ	Общие меры и т д
	Высота	Внутренний диаметр	Наружный диаметр
Б 4-25-10/0,4	ТМ-25/10	ВН	Г/Г0-0	10	328	135	199
ВН 4-25-10/0,4	304	150	205
ВН 4-40-10/0,4	ТМ-40/10	392	160	230
ВН 4-40-10/0,4	344	160	241
ВН 4-63-10/0,4	ТМ-63/10	418	160	250
ВН 4-100-10/0,4	ТМ-100/10	504	190	266
ВН 4-160-10/0,4	ТМ-160/10	492	210	301
ВН 4-250-10/0,4	ТМ-250/10	527	235	324
ВН 4-400-10/0,4	ТМ-400/10	595	255	355
ВН 4-630-10/0,4	ТМ-630/10	629	295	412
НН 4-25-0,4/6-10	ТМ-125/10	ЧЧ	0,4	328	90	127
НН 4-25-0,4/6-10	304	96	132
НН 4-40-0,4/6-10	ТМ-40/10	392	107	146
НН 4-40-0,4/6-10	344	106	144
НН 4-63-0,4/6-10	ТМ-63/10	418	118	149
НН 4-100-0,4/6-10	ТМ-100/10	504	128	181
НН 4-160-0,4/6-10	ТМ-160/10	492	147	201
НН 4-250-0,4/6-10	ТМ-250/10	527	163	225
НН 4-00-0,4/6-10	ТМ-400/10	595	188	246
НН 4-630-0,4/6-10	ТМ-630/10	629	212	285
ВН 4-25-6/0,4	ТМ-25/6	ВН	6	328	135	199
ВН 4-40-6/0,4	ТМ-40/6	392	160	230
ВН 4-63-6/0,4	ТМ-63/6	418	160	252
ВН 4-100-6/0,4	ТМ-100/6	504	190	265
ВН 4-160-6/0,4	ТМ-160/6	492	210	303
ВН 4-20-6/0,4	ТМ-250/6	527	235	319
ВН 4-400-6/0,4	ТМ-400/6	595	255	357
ВН 4-630-6/0,4	ТМ-630/6	629	295	410
ВН 4-25-10/0,4	ТМ-25/10	ВН	10	290	145	208
ВН С*-25-10/0,4	320	135	194
ВН С-25-10/0,4	320	140	205
НН С-25-0,4/10	ЧЧ	0,4	290	95	135
НН С*-25-0,4/10	320	91	124
НН С-25-0,4/10	320	90	130
ВН С-40-6/0,4	ТМ-40/6	ВН	6	337	155	230
ВН С-40-10/0,4	ТМ-40/10	10	337	159	216
НН С-40-0,4/6-10	ЧЧ	0,4	337	105	144
ВН С-100-10/0,4	ТМ-100/10	ВН	10	540	160	234
НН С-100-0,4/10	ЧЧ	0,4	540	115	148
ВН С-160-10/0,4	ТМ-160/10	ВН	10	530	203	280
НН С-160-0,4/10	ЧЧ	0,4	530	142	190

Особенности ремонта коллекторных приводов

Эти типы электрических машин чаще подвержены механическим отказам. Например, удаление щеток или засорение контактов коллектора. В таких ситуациях ремонт сводится к чистке контактного механизма или замене графитовых щеток.

Проверка электрической части сводится к проверке сопротивления обмотки якоря. При этом щупами прибора являются два соседних контакта (ламели) коллектора, после снятия показаний производится дальнейшее измерение по окружности.

Проверяет обмотку якоря коллекторного двигателя

Показываемое сопротивление должно быть примерно одинаковым (с учетом погрешности прибора). Если наблюдается серьезное отклонение, это говорит о том, что между витками произошло короткое замыкание или обрыв, поэтому необходимо произвести перемотку.

Однофазный асинхронный двигатель

Выше был рассмотрен трехфазный асинхронный двигатель, в однофазном асинхронном их два. Один работает, другой помогает. Вспомогательный необходим для обеспечения начального вращения ротора. Поэтому его также можно назвать пусковой установкой или стартером.

Однофазный асинхронный двигатель имеет две обмотки: рабочую и вспомогательную (пусковую или пусковую)

Когда в статоре включается обмотка, она создает два равных магнитных поля, которые вращаются в разные стороны. Если ввести в это поле ротор, который уже имеет начальное вращение, магнитное поле будет поддерживать это вращение. Но как запустить ротор на старте?

Как придать ему вращение, ведь от одной обмотки возникают два равноценных магнитных поля, направленных в разные стороны. Так что с их помощью невозможно заставить ротор вращаться. В самом простом варианте вращение задается вручную — механически. Затем поле принимает вращение.

Для автоматизации пуска однофазного асинхронного двигателя выполнена вспомогательная обмотка. Он устроен таким образом, что подавляет одну из составляющих магнитного поля основной обмотки и усиливает другую. Следовательно, одна из составляющих смещается, задавая вращение ротора. Затем отключается пусковая обмотка, вращение поддерживается основной.

Обозначение выводов обмоток статора

Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три группы катушек (обмоток) — по одной на каждую фазу, и каждая группа катушек имеет 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е всего 6 выводов, которые подписаны следующим образом:

• С1 (U1) — начало первой обмотки, C4 (U2) — конец первой обмотки.
• С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.
• C3(W1) — начало третьей обмотки, C6(W2) — конец третьей обмотки.

Условно на схемах каждую обмотку изображают так:

Начала и концы обмоток выводятся в распределительную коробку электродвигателя в следующем порядке:

В зависимости от соединения этих клемм изменяются такие параметры электродвигателя, как напряжение питания и номинальный ток статора. О том, по какой схеме необходимо соединить обмотки электродвигателя, вы можете узнать в паспортных данных.

Наиболее важными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y), их мы и разберем в этой статье.

Примечание: В клеммной коробке некоторых электродвигателей можно увидеть только три провода — это означает, что обмотки двигателя уже соединены в статоре. Как правило, внутри статора обмотки соединяют при ремонте электродвигателя (на случай, если сгорели заводские обмотки). В таких двигателях обмотки обычно соединены по схеме «звезда» и рассчитаны на подключение к сети 380 вольт. Чтобы подключить такой двигатель, вам нужно использовать только три фазы для трех выходов.

Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»

Для соединения обмоток двигателя по схеме «треугольник» необходимо: Конец первой обмотки (С4/U2) соединить с началом второй (С2/V1), конец второй (С5)/V2) — с началом третьей (C3/W1), а конец третьей обмотки (C6/W2) — с началом первой (C1/U1).

Условно это изображается на схеме следующим образом:

Напряжение подается на клеммы «А», «В» и «С.

В клеммной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «треугольник» имеет следующий вид:

А, В, С — точки подключения силового кабеля.

Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда»

Для соединения обмоток двигателя по схеме «звезда» необходимо соединить концы обмоток (С4/U2, С5/V2 и С6/W2) в общую точку, при этом напряжение подается к началу обмотки (C1/U1, C2/V1 и C3/W1).

Условно это изображается на схеме следующим образом:

В клеммной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «звезда» имеет следующий вид:

Ротор

Ротор асинхронного электродвигателя бывает двух типов: короткозамкнутый и фазный. Чаще всего это машины с короткозамкнутым ротором. Их преимуществом является простота конструкции и несложная технология производства. Что еще более важно, в таких двигателях отсутствует контакт с динамической конструкцией. Это увеличивает срок службы, делает техническое обслуживание менее частым и легким.

Асинхронный двигатель может быть короткозамкнутым и фазным

Асинхронные электродвигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию. Зато позволяют плавно регулировать скорость без дополнительных приспособлений, имеют высокий крутящий момент с самого начала. Вот и приходится выбирать: более простая конструкция или возможность регулировать скорость вращения.

Устройство короткозамкнутого ротора

Ротор состоит из вала и цилиндрической конструкции из короткозамкнутых стержней. Внешне такая конструкция очень напоминает беличье колесо, поэтому так часто называют обмотку ротора с короткозамкнутым ротором.

Беличья клетка

Первоначально и стержни, и концевые кольца были изготовлены из меди. Роторы современных асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт выполнены из алюминиевых стержней с алюминиевыми замыкающими дисками. Расстояние между стержнями снова заполнено алюминиевым сплавом. Получается короткозамкнутый ротор, но уже со сплошным покрытием.

Так как при работе выделяется значительное количество тепла, бункеры типа «беличье колесо» выполнены с дополнительными вентиляционными лопастями для охлаждения. Так при работе происходит самоохлаждение. Он работает тем эффективнее, чем выше скорость вращения.

Как работает асинхронный двигатель: устройство и конструкция деталей

Ротор установлен в статоре, концы вала закреплены крышками с установленными подшипниками. Это бесщеточный двигатель (бесколлекторный). Никаких дополнительных контактов и электрических соединений. Подвижная часть двигателя начинает вращаться при наличии магнитного поля на статоре. Это происходит после включения питания. Это поле вращается, заставляя вращаться и объекты в поле. Простая и надежная конструкция, обусловившая популярность электродвигателей этого типа.

Как сделан фазный ротор

Устройство фазного ротора мало чем отличается от обмотки статора. Те же укладочные кольца с пазами для укладки медных спиралей. Количество обмоток ротора – три, обычно они соединены «звездой».

Так выглядит фазный ротор асинхронного двигателя

Концы обмоток ротора прикреплены к токосъемным кольцам из меди. Эти кольца жестко прикреплены к валу. Кроме того, они обязательно изолированы друг от друга, не имеют электрического контакта со стальным валом (крепятся к стержню через диэлектрические прокладки). Поскольку наличие колец является отличительной чертой этого типа двигателей, их иногда называют кольцевыми двигателями.

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Для крепления ротора к корпусу статора изготовлены две крышки с подшипниками. К одной из крышек крепятся щетки, которые прижимаются к кольцам на валу, за счет этого имеют с ними хороший контакт. Для регулировки скорости вращения щетки соединены с реостатом. Изменяя сопротивление, мы изменяем напряжение, а вместе с ним и скорость вращения.

Что лучше короткозамкнутый или фазный?

Несмотря на то, что двигатели с фазным ротором лучше запускаются, они позволяют плавно изменять скорость при работе с помощью обычного реостата, чаще применяются двигатели с короткозамкнутым ротором. В этой конструкции ни одна кисть не выходит из строя первой. Кроме того, более простая конструкция подвижной части снижает стоимость мотора, агрегат служит дольше, а уход и обслуживание облегчаются.

Что лучше: короткозамкнутый ротор или фаза

Тем не менее, стоит более подробно ознакомиться с преимуществами и недостатками обоих типов асинхронных двигателей. Итак, преимущества асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором:

• Простая конструкция.
• Легкое обслуживание.
• Более высокая эффективность.
• Никаких искр.

• Низкий пусковой момент.
• Высокий пусковой ток (в 4-7 раз выше номинального).
• Нет возможности регулировать скорость.

Магнитное поле трехфазного статора толкает ротор

Из-за высокого пускового тока разрешено прямое подключение двигателей мощностью до 200 кВт. Более мощные требуют балластов. Обычно используется преобразователь частоты, который плавно увеличивает ток и обеспечивает плавный пуск без перегрузок.

Преимущество асинхронного фазного двигателя:

• Быстрый и безпроблемный запуск.
• Позволяет изменять скорость во время работы.
• Возможно прямое подключение практически без ограничения тока.

Есть и недостатки: наличие щеток, возможность искрения, сложный и частый уход.

Читайте также: Разница между дрелью и перфоратором заключается в основном отличии двух инструментов

Как регулируется частота вращения

Как уже было сказано, скорость вращения ротора зависит от количества полюсов статора. Чем больше полос, тем ниже скорость. Но это не единственный способ регулирования скорости вращения. Это также зависит от напряжения и частоты питания.

Способы управления частотой асинхронного двигателя

Напряжение можно регулировать, установив потенциометр на входе. Частота регулируется установкой преобразователя частоты. Преобразователь частоты является более выгодным решением, поскольку он также снижает пусковые токи и может быть запрограммирован.

Обмоточные данные электродвигателей

Это справочные данные, поэтому самый надежный способ получить такую ​​информацию — обратиться к соответствующим источникам. Эти данные также могут быть внесены в паспорт изделия.

В сети можно найти советы, где рекомендуется вручную считать витки и измерять диаметр провода при перемотке. Это пустая трата времени. Гораздо проще и надежнее найти всю необходимую информацию по маркировке двигателя, в которой будут указаны следующие параметры:

• номинальные рабочие характеристики (напряжение, мощность, потребляемый ток, скорость и т д);
• количество проводов на одну дорожку;
• Ø провода (как правило, изоляция в этом показателе не учитывается);
• сведения о внешнем и внутреннем диаметре статора;
• количество дорожек;
• с каким шагом выполняется намотка;
• размеры ротора и тд

Ниже приведен фрагмент таблицы намоточных данных для электрических машин типа 5А.

Перемотка якоря

Процесс замены обмотки коллекторного двигателя в чем-то похож, за исключением небольших нюансов, связанных с конструктивной особенностью. Например, якорь отправляется на перемотку, а не дело, если предположить, что проблема возникла не с катушками возбуждения. Кроме того, имеются следующие отличия:

• Для намотки используется специальный станок более сложной конфигурации.
• Важно проворачивать, балансировать якорь (в последней части процесса), а также очищать и шлифовать.
• С помощью специального фрезерного станка вырезается коллектор.

Эти процессы требуют специального оборудования; без него перемотка электродвигателей — пустая трата времени.

Важным компонентом электродвигателей являются обмотки, в которых происходят основные рабочие процессы преобразования энергии. К наиболее распространенным типам электрических машин относятся:

• трехфазные обмотки машин переменного тока, применяемые обычно в статорах трехфазных асинхронных и синхронных машин, а также в роторах асинхронных двигателей с контактными кольцами.
• однофазные обмотки статора асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором.
• обмотки якорей коллекторных машин постоянного и однофазного переменного тока.
• короткозамкнутые обмотки роторов асинхронных электродвигателей.
• обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин.

Обмотки возбуждения синхронных и коллекторных машин обычно состоят из относительно простых полюсных катушек. Устройство короткозамкнутых обмоток роторов асинхронных двигателей также просто. Остальные перечисленные виды обмоток представляют собой достаточно сложные системы изолированных проводников, помещенных в пазы, соединенных по специальным схемам, требующим специального исследования.

Простейшим элементом обмотки является катушка, состоящая из двух последовательно соединенных проводников, размещенных в пазах, обычно располагаемых под соседними противоположными полюсами.

Проводники катушки, расположенные в пазах, являются ее активными сторонами, так как именно здесь наводится ЭДС от основного магнитного поля машины. Части катушки, расположенные вне дорожки, соединяющие между собой активные проводники и расположенные на концах магнитопровода, называются лобовыми частями.

Проводники, образующие катушку, могут состоять из нескольких параллельных проводов. Обычно это используется для того, чтобы обмотка была мягкой и легче помещалась в пазы.

Один или несколько витков, соединенных последовательно, образуют катушку или секцию обмотки. Если секция состоит из одного витка, такая обмотка называется стержневой, так как проводники в пазах в этом случае обычно представляют собой жесткие стержни. Обмотка, состоящая из многовитковых секций, называется катушечной обмоткой.

Катушка, или участок обмотки, характеризуется числом витков wc и шагом y, т е числом зубцов в охватываемой ею магнитной цепи. Так, например, если одна сторона катушки (секции) лежит в первом пазу, а другая — в шестом, то катушка охватывает пять зубьев и шаг равен пяти (у = 5). Таким образом, шаг можно определить как разницу между количеством дорожек, на которых расположены обе стороны катушки (y = 6 — 1 = 5).

Пошаговая инструкция перемотки электродвигателя своими руками

Необходимо сразу предупредить, что без специального оборудования и навыков работы перемотка катушек, скорее всего, будет бесполезным занятием. С другой стороны, негативный опыт — это тоже опыт. Понимание сложности процесса — лучшее объяснение стоимости.

Первый этап — демонтаж

Приводим алгоритм действий для асинхронных машин, он следующий:

1. Отключите преобразователь частоты от сети (380 или 220 В).
2. Демонтируем электродвигатель с конструкции, где он был установлен.
3. Снимите заднюю защитную крышку вентилятора охлаждения.
4. Разбираем рабочее колесо.
5. Откручиваем крепления торцевых частей, после чего снимаем их. Начинать желательно с передней части, после демонтажа ротор легко «вылезет» из задней крышки.
6. Вынимаем ротор.

Этот процесс можно значительно облегчить, используя специальное приспособление – съемник. С его помощью легко отсоединить вал двигателя от шкива или шестерни, а также снять наконечники.

Съемник для разборки

Инструкцию по разборке коллекторного двигателя приводить не будем, так как она мало чем отличается. Структуру этого типа электрической машины можно найти на нашем сайте.

Этап второй — снятие обмотки

Последовательность действий следующая:

1. С помощью ножа снимаем крепления бандажа и изоляционное покрытие с мест соединения проводов. В некоторых инструкциях рекомендуется зафиксировать схему подключения, например, сфотографировав. Особого смысла в этом нет, так как это справочная информация и узнать ее по марке двигателя не проблема.
2. С помощью стамески отрезаем верхушки проводов с каждого конца статора.
3. Высвобождаем пазы с помощью пробойника подходящего диаметра.
4. Очищаем статор от грязи, копоти, пропитки лаком.

Статор освобожден от обмотки
На этом этапе рекомендуем остановиться, подобрать корпус и отнести к специалистам. Самостоятельный демонтаж уменьшит затраты на реставрационные работы. Как было сказано выше, намотать катушки без специального оборудования достаточно сложно. Для понимания сложности процесса опишем технологию, которая облегчит выбор.

Перемотка статора (финальная фаза)

Процесс состоит из следующих шагов:

1. Установка изоляторов в каждый слот (втулку).
2. Толщина материала и его свойства выбираются из справочника.
3. Намоточные данные определяются маркой двигателя.
4. На специальном станке незакрепленными витками наматывается необходимое количество витков. В сети можно найти фото и параметры самодельных ручных станков, но качество их работы весьма сомнительно.Случайная намоточная машина
5. Группы катушек укладываются в пазы, после чего связываются и соединяются. Эти процессы достаточно сложны и выполняются вручную.
6. Проводится пропитка. Для этого корпус нагревают до температуры 45°С — 55°С и полностью погружают в емкость с лаком для пропитки. Лакировать провода не имеет смысла, так как в этом случае все равно останутся пустоты.
7. После пропитки кузов помещают в специальную камеру, где проводят сушку при температуре 130-135°С.
8. Окончательная проверка катушек омметром.
9. Сборка и тест-драйв (если только кузов передали в ремонт, но другие детали и крепеж).

Если на реставрацию сдавали только кузов, рекомендуем перед запуском двигателя проверить катушки.

Из чего состоит статор электродвигателя?

Статор состоит из двух основных частей — основания и сердечника. Основание представляет собой литой или сварной корпус из чугуна или алюминиевых сплавов.

Сердечник выполнен в виде вала из специальной стали толщиной от 0,35 до 0,5 мм, прошедшего дополнительный обжиг. Он имеет специальные пазы для крепления обратной обмотки электродвигателя, состоящей из параллельно скрученных между собой жильных проводов. Такое соединение позволяет ослабить токи вихревого свойства.

Виды вращающихся электрических машин

Классификация МПТ по способу питания обмоток индуктора и якоря

По этому признаку МТ делятся на 4 типа.

С независимым возбуждением

Обмотки индуктора и якоря электрически не связаны. У генераторов этого типа обмотка возбуждения питается от сети постоянного тока, аккумулятора или специально предназначенного для этого генератора — возбудителя. Мощность последнего составляет несколько сотых от мощности основного генератора.

Область применения генераторов с независимым возбуждением:

1. системы значительной мощности, где напряжение на обмотке возбуждения значительно отклоняется от генерируемого;
2. системы регулирования скорости вращения двигателей, приводимых в действие генераторами.

У двигателей с независимым возбуждением обмотка якоря также приводится в действие. В основном это тоже агрегаты с большой мощностью.

Независимость обмотки индуктора делает более удобным и экономичным регулирование тока возбуждения. Еще одной особенностью таких двигателей является постоянство потока магнитного возбуждения при любой нагрузке на валу.

С параллельным возбуждением

Обмотки индуктора и якоря включены в цепь параллельно друг другу. Генераторы этого типа обычно используются для средней мощности. При параллельном соединении напряжение, вырабатываемое устройством, подается на обмотку возбуждения. При включении в цепь обмотки индуктора и якоря говорят о генераторе с самовозбуждением.

В двигателях с параллельным возбуждением индуктор питается тем же напряжением и от того же источника тока, что и якорь.

По своим характеристикам они идентичны двигателям с независимым возбуждением и имеют следующие характеристики:

• при изменении нагрузки скорость вращения практически не трансформируется: замедление не более 8% при переходе с холостого хода на номинальную нагрузку;
• возможна регулировка скорости вращения с минимальными потерями, причем в широких пределах — 2-кратная, а для специально разработанных двигателей и 6-кратная.

Индуктор вращающегося двигателя с параллельным намагничиванием нельзя отключать от цепи якоря, даже если он уже отключен. Это приведет к наведению значительной ЭДС в обмотке возбуждения с последующим выходом из строя двигателя. Находящийся поблизости персонал может быть ранен.

С последовательным возбуждением

Обмотки включены в цепь последовательно друг с другом. Ток якоря протекает через обмотку возбуждения. Генераторы этого типа практически не используются, так как процесс самовозбуждения происходит довольно быстро и устройство не в состоянии обеспечить необходимое для большинства потребителей постоянство напряжения. Они используются только в специальных установках.

Цепь последовательного возбуждения

Двигатели этого типа широко применяются в качестве тяговых двигателей (электровозы, троллейбусы, краны и др.): по сравнению с аналогами параллельного возбуждения при нагрузке они обеспечивают более высокий крутящий момент при одновременном снижении частоты вращения. Стартовый крутящий момент также высок.

запуск двигателя с нагрузкой ниже 25% от номинальной, а тем более на холостом ходу недопустим: скорость вращения будет слишком высокой, и устройство выйдет из строя.

С параллельно-последовательным (смешанным) возбуждением

Существует два типа формы:

1. основная обмотка индуктора включена параллельно якорю, вспомогательная обмотка включена последовательно;
2. основная обмотка индуктора включена последовательно с якорем, вспомогательная обмотка включена параллельно.

Схема для систем возбуждения МРТ

соединение параллельной обмотки с последовательной называется «коротким шунтом», после последовательной обмотки — «длинным шунтом». Генераторы этого типа используются крайне редко.

Двигатели сочетают в себе преимущества аналогов с параллельным и последовательным возбуждением: они способны работать на холостом ходу и при этом развивать значительную тягу. Но сегодня они почти не используются.

Принципы перемотки статора

Электромагнитное поле статора создается с помощью трехфазной обратной обмотки. К пазам электродвигателя крепится определенное количество катушек, соединенных между собой.

Варианты перемотки неподвижной части электродвигателей зависят от типа изоляции, выбор которой определяется следующими параметрами:

• индикатор максимального напряжения;
• допустимое значение температуры обратки;
• размеры и тип дорожек;
• тип обмотки.

В зависимости от того, как катушки размещены в пазах статора, двигатель наматывается в один или два слоя. В качестве материала обмотки используется медный кабель.

Основополагающие законы электромеханического преобразования энергии в индуктивных машинах

Закон Ампера

Согласно закону, установленному Ампером, на проводник с током в магнитном поле действует сила

• где F
  — усилие, Н,
• Я
  — сила тока, А,
• – длина проводника, м,
• Б
  — магнитная индукция, Тл,
• — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции, гр.

Направление этой силы определяется правилом левой руки».

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Открытие Фарадеем в 1831 году электромагнитной индукции является одним из фундаментальных открытий в электродинамике. Максвеллу принадлежит следующая углубленная формулировка закона электромагнитной индукции:

Любое изменение магнитного поля с течением времени возбуждает электрическое поле в окружающем пространстве. Циркуляция вектора напряженности E в этом поле по любому фиксированному замкнутому контуру s определяется выражением

• где E – напряженность электрического поля, В/м,
• ds – элемент контура, м,
• Ф — магнитный поток, Вб,
• т — время, п

Электродвижущая сила индукции, возникающая в замкнутом контуре, равна скорости изменения во времени потока магнитной индукции

• где – электродвижущая сила индукции, В

знак «-» указывает на то, что индукционный ток, возникающий в замкнутой проводящей цепи, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Проведение ремонта

Любому электрооборудованию со временем свойственны ошибки в работе. Причины поломок могут быть от банального загрязнения до воздействия внешних факторов.

В случае неисправности начните ремонт электродвигателя с очистки или очистки элементов статора. Затем, удалив грязь и пыль, приступайте к снятию корпуса изделия для замены обмотки. На токарном станке или с помощью стамески вырезается передняя часть обмотки статора.

Для размягчения изоляционного материала статор следует разогнать до температуры ок. 200 градусов, после чего снимается обмотка, вынимается катушка и зачищаются дорожки. После демонтажа электродвигателя по готовым шаблонам устанавливается новая обмотка статора.

После установки змеевика его покрывают лаком с последующей сушкой при температуре 150 градусов Цельсия не менее двух часов.

Проверку электродвигателя на сопротивление между корпусом и обмоткой проводят после высыхания всех частей статора. Настройка оборудования на необходимые параметры возможна подбором кабеля для перемотки.

Что такое асинхронный двигатель и принцип его действия

Любой электродвигатель представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в механическую.

Электродвигатель состоит из неподвижной части (статора) и подвижной части (ротора). Строение статора таково, что он имеет форму полого цилиндра, внутри которого находится обмотка. В это цилиндрическое отверстие вставляется подвижная часть, ротор. Он тоже похож на цилиндр, но меньшего размера. Между статором и ротором имеется воздушный зазор, позволяющий ротору свободно вращаться. Ротор вращается за счет токов, индуцированных магнитным полем статора. По способу вращения двигатели делятся на синхронные и асинхронные.

Так выглядит разобранный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Асинхронный электродвигатель отличается тем, что скорость вращения ротора и магнитное поле, создаваемое статором, различны. То есть ротор вращается не синхронно с полем, что и дало название этому типу машин. Характерно, что в рабочем режиме скорость вращения меньше. Другое название этого типа двигателя — асинхронный. Такое название связано с тем, что движение происходит за счет наведенных на нем индукционных токов.

Асинхронный двигатель в разобранном виде: основные узлы и детали

Кратко опишите принцип работы асинхронного двигателя следующим образом. Когда двигатель включен, на обмотки статора подается ток, вызывающий переменное магнитное поле. В поле действия силовых линий этого попадает ротор, который начинает вращаться согласно переменному полю статора.

Теплоизоляция статора

В процессе эксплуатации не исключены случаи перегрева деталей и узлов при отказе двигателя. Повышение температуры обмотки статора связано с изменением величины потребляемого тока. Данная неисправность возникает из-за размыкания электрической цепи, при пропадании электрического сигнала на один из фазных проводов.

Еще одной причиной изменения температуры может быть механический износ подшипников. При этом страдает изоляция обмотки двигателя, в результате чего он приходит в негодность.

В наши дни защита от перегрева используется практически во всех электроприборах. Работает в следующих случаях:

• при отказе при пуске или торможении статора;
• при больших перегрузках;
• при резких скачках напряжения;
• при выходе из строя фазных проводов;
• когда двигатель работает с заклинившим ротором;
• в случае выхода из строя привода.

Вращающиеся электрические машины

Вращающаяся электрическая машина

— электротехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии на основе электромагнитной индукции и взаимодействия магнитного поля и электрического тока, содержащее не менее двух частей, участвующих в основном процессе преобразования и имеющих возможность вращаться или поворачиваться относительно друг друга 2.

Роторная машина постоянного тока

, или машина постоянного тока — вращающаяся электрическая машина, в которой основной процесс преобразования энергии происходит за счет потребления или выработки только постоянного тока.

Роторная машина переменного тока

— вращающаяся электрическая машина, в которой основной процесс преобразования энергии происходит за счет потребления или выработки электрического переменного тока.

Конструкция

Обмотки трансформатора надевают на магнитопровод — деталь из ферромагнитной, трансформаторной или другой магнитомягкой стали. Он действует как проводник электромагнитного поля от первичной катушки к вторичной катушке.

Под действием переменного магнитного поля в магнитопроводе также генерируются токи — их называют вихревыми токами. Эти токи приводят к потерям энергии и нагреву магнитопровода. Последняя для минимизации этого явления набирается из ряда изолированных друг от друга пластин.

Катушки размещают на магнитопроводе двумя способами:

• следующий на;
• завернуть один на другой.

Обмотки для микротрансформаторов изготавливаются из фольги толщиной 20 — 30 мкм. Поверхность в результате окисления становится диэлектриком и играет роль изоляции.

Трансформаторная конструкция

На практике добиться соотношения P1 = P2 невозможно из-за трех видов потерь:

1. распространение магнитного поля;
2. нагрев проводов и магнитопроводов;
3. гистерезис.

Гистерезисные потери — это затраты энергии на повторное намагничивание магнитопровода. Направление линий электромагнитного поля постоянно меняется. Каждый раз необходимо преодолевать сопротивление диполей в структуре магнитопровода, выстроившихся определенным образом в предыдущей фазе.

Гистерезисные потери, как правило, уменьшаются за счет использования различных конструкций магнитных цепей.

Так что в действительности значения Р1 и Р2 различны и отношение Р2/Р1 называется КПД устройства. Для его измерения используются следующие режимы работы трансформатора:

• неактивное движение;
• короткозамкнутый;
• с нагрузкой.

В некоторых типах трансформаторов, работающих с напряжением высокой частоты, магнитопровод отсутствует.

Режим холостого хода

Первичная обмотка подключена к источнику тока, а вторичная цепь разомкнута. При таком соединении в катушке протекает ток холостого хода, в основном представляющий собой реактивный ток намагничивания.

Этот режим позволяет определить:

• КПД агрегата;
• трансформационное отношение;
• потери в магнитопроводе (выражаясь языком профессионалов — потери в стали).

Схема трансформатора в дежурном режиме

Короткозамкнутый режим

Выходы вторичной обмотки замкнуты без нагрузки (короткое замыкание), так что ток в цепи ограничивается только сопротивлением. На контакты первичной обмотки подается напряжение так, чтобы ток в цепи вторичной обмотки не превышал номинального тока.

Такое соединение позволяет определить тепловые потери обмоток (потери в меди). Это необходимо при реализации схем, в которых вместо настоящего трансформатора используется активный резистор.

Охлаждение

Трансформатор нагревается во время работы.

Существует три метода охлаждения:

1. натуральный: для моделей с малой мощностью;
2. принудительная подача воздуха (вентилятор, который дует): модели средней мощности;
3. мощные трансформаторы охлаждаются жидкостью (в основном используется масло).

Прибор с масляным охлаждением

Защита статора с помощью теплового реле

Суть такой защиты заключается в использовании реле с биметаллической пластиной. Металлическая полоса под действием электрического тока начинает изгибаться. При достижении определенной температуры пластина под действием пружины расцепляется со специальным замком и размыкает всю электрическую цепь.

Диск возвращается в исходное положение нажатием кнопки вручную. Конструкция тепловой изоляции статоров различна в зависимости от области применения, показателей тока и конструкции реле.

В настоящее время реле выпускаются как в составе сборочных единиц, так и в виде самостоятельных деталей. В зависимости от назначения они различаются ручным и автоматическим принципами работы.

Для устройств, рассчитанных на узкий диапазон потребляемой мощности, выбор защиты требует более ответственного подхода. При включении электродвигателя в сеть металлическая полоса нагревается за счет пропускания заряда по намотанной спиральной проволоке.