Stator- en rotorwikkelingen van elektrische wisselstroommachines

Wikkeling van een elektrisch product (apparaat) — een set spoelen of spoelen die op een bepaalde manier zijn geplaatst en verbonden, ontworpen om een ​​magnetisch veld te creëren of te gebruiken, of om een ​​bepaalde weerstandswaarde van een elektrisch product (apparaat) te verkrijgen. van een elektrisch product (apparaat) - een spoel van een elektrisch product (apparaat) of een deel ervan, gemaakt als een afzonderlijke structurele eenheid (GOST 18311-80).

Het artikel vertelt over het apparaat van de stator- en rotorwikkelingen van elektrische machines met wisselstroom.

Ruimtelijke opstelling van de statorwikkelingen:

Eekhoorn kooi rotor:

Een stator met twaalf sleuven, waarin elk een draad is gelegd, is schematisch weergegeven in Fig. 1, een. De verbindingen tussen de gevlochten geleiders zijn slechts voor één van de drie fasen aangegeven; het begin van fasen A, B, C van de spoel is gemarkeerd met C1, C2, C3; eindigt — C4, C5, C6.De delen van de spoel die in de kanalen zijn gelegd (het actieve deel van de spoel) worden conventioneel weergegeven in de vorm van staven en de verbindingen tussen de draden in de groeven (eindverbindingen) worden weergegeven als een ononderbroken lijn.

De statorkern heeft de vorm van een holle cilinder, een stapel of een reeks stapels (gescheiden door ventilatiekanalen) gemaakt van platen elektrisch staal. Op kleine en middelgrote machines wordt elk vel gestempeld in de vorm van een ring met groeven langs de binnenomtrek. In afb. 1, b, een statorvel met groeven van een van de gebruikte vormen wordt gegeven.

Rijst. 1. De locatie van de wikkeling in de sleuven van de stator en de verdeling van stromen in de draden

Laat de momentane waarde van de stroom iA van de eerste fase op een bepaald tijdstip maximaal zijn en de stroom wordt van het begin van fase C1 naar het einde C4 geleid. We zullen deze stroom als positief beschouwen.

Door de momentane stromen in de fasen te bepalen als een projectie van de roterende vectoren op de vaste as ON (Fig. 1, c), krijgen we dat de stromen van fasen B en C op een bepaald moment negatief zijn, dat wil zeggen, ze zijn gericht van het einde van de fasen tot het begin.

Laten we het traceren in Fig. 1d de vorming van een roterend magnetisch veld. Op het moment in kwestie wordt de stroom van fase A van het begin naar het einde geleid, dat wil zeggen, als hij ons in draden 1 en 7 buiten het vlak van tekening laat, dan gaat hij in draden 4 en 10 achter het vlak van de tekening naar ons toe (zie afb. 1, a en d).

In fase B gaat de stroom op dit moment van het einde van de fase naar het begin.Door de draden van de tweede fase te verbinden volgens het monster van de eerste, kan worden verkregen dat de stroom van fase B door de draden 12, 9, 6, 3 gaat; tegelijkertijd verlaat de stroom ons via draden 12 en 6 buiten het vlak van de tekening, en via draden 9 en 3 - naar ons. Met het monster uit fase B krijgen we een beeld van de stroomverdeling in fase C.

De richtingen van de stromingen zijn gegeven in Fig. 1, d; stippellijnen tonen de magnetische veldlijnen die worden gegenereerd door de statorstromen; de richtingen van de lijnen worden bepaald door de rechtse schroefregel. Uit de figuur is te zien dat de draden vier groepen vormen met dezelfde stroomrichtingen en het aantal 2p-polen van het magnetische systeem is vier. De gebieden van de stator waar de magnetische lijnen de stator verlaten zijn de noordpolen en de gebieden waar de magnetische lijnen de stator binnenkomen zijn de zuidpolen. Een boog van een statorcirkel bezet door één pool wordt poolscheiding genoemd.

Het magnetische veld op verschillende punten op de statoromtrek is verschillend. Het patroon van magnetische veldverdeling langs de statoromtrek wordt periodiek herhaald door elke tweepolige scheiding Booghoek 2 genomen als 360 elektrische graden. Aangezien er p dubbele poolverdelingen rond de omtrek van de stator zijn, zijn 360 geometrische graden gelijk aan 360 p elektrische graden, en één geometrische graad is gelijk aan p elektrische graden.

In afb. 1d toont de magnetische lijnen voor een bepaald vast moment in de tijd. Als we meerdere opeenvolgende momenten in de tijd naar de afbeelding van het magnetische veld kijken, kunnen we ervoor zorgen dat het veld met een constante snelheid roteert.

Laten we de rotatiesnelheid van het veld vinden.Na een tijd die gelijk is aan de helft van de periode van de wisselstroom, zijn de richtingen van alle stromen omgekeerd, waardoor de magnetische polen worden omgekeerd, dat wil zeggen, in de helft van de periode roteert het magnetische veld met een fractie van een omwenteling. De rotatiesnelheid van het magnetische veld van de stator, d.w.z. de synchrone snelheid, is (in omwentelingen per minuut)

Het aantal poolparen p kan alleen een geheel getal zijn, dus bij een frequentie van bijvoorbeeld 50 Hz kan de synchrone snelheid gelijk zijn aan 3000; 1500; 1000 tpm enz.

Rijst. 2. Gedetailleerd diagram van een driefasige enkellaagse wikkeling

De wikkelingen van een wisselstroommachine zijn onder te verdelen in drie groepen:

1) haspel tegen haspel;

2) kern;

3) speciaal;

Speciale spoelen zijn onder andere:

(a) kortsluiting in de vorm van een eekhoornkooi;

b) wikkelen van een asynchrone motor met schakelen naar een ander aantal polen;

c) wikkelen van een asynchrone motor met anti-aansluitingen, enz.

Naast bovenstaande indeling verschillen spoelen in een aantal andere kenmerken, namelijk:

1) door de aard van de uitvoering — handmatig, patroon en semi-patroon;

2) op locatie in de groef - enkellaags en tweelaags;

3) door het aantal slots per pool en fase - wikkelingen met een geheel getal q slots per pool en fase en wikkelingen met een gebroken aantal q.

Een spoel is een circuit dat bestaat uit twee in serie geschakelde draden. Een sectie of wikkeling is een reeks in serie geschakelde windingen, gelegen in twee sleuven en met gemeenschappelijke isolatie van het lichaam.

De sectie heeft twee actieve kanten. De actieve linkerzijde wordt het begin van de sectie (coil) genoemd en de rechterzijde wordt het einde van de sectie genoemd. De afstand tussen de actieve zijden van de sectie wordt de sectieafstand genoemd. Het kan worden gemeten aan de hand van het aantal tanden of in delen van de poolverdelingen.

De spoed van de sectie wordt diametraal genoemd als deze gelijk is aan de poolverdeling en afgekapt als deze kleiner is dan de pooldeling, aangezien de sectieafstand niet groter is dan de pooldeling.

Een karakteristieke grootheid die de werking van de spoel bepaalt, is het aantal slots per pool en fase, d.w.z. het aantal slots bezet door de wikkeling van elke fase binnen één poolverdeling:

waarbij z het aantal statorsleuven is.

De spoel getoond in Fig. 1, a, heeft de volgende gegevens:

Zelfs voor deze eenvoudigste spoel blijkt de ruimtelijke tekening van de draden en hun verbindingen ingewikkeld te zijn, dus wordt deze meestal vervangen door een uitgebreid diagram, waarbij de wikkeldraden niet op een cilindrisch oppervlak worden afgebeeld, maar op een vlak (een cilindrische oppervlak met groeven en een spoel "ontvouwt zich in een vlak). In afb. 2 is een gedetailleerd diagram van de beschouwde statorwikkeling.

In de vorige afbeelding werd voor de eenvoud getoond dat een deel van de fase A van de wikkeling die in de sleuven 1 en 4 is geplaatst, uit slechts twee draden bestaat, dat wil zeggen één winding. In feite bestaat elk dergelijk deel van de wikkeling dat op één paal valt uit w windingen, dat wil zeggen, in elk paar groeven worden w draden geplaatst, gecombineerd tot één wikkeling. Daarom is het bij het omzeilen volgens het uitgebreide schema, bijvoorbeeld fase A van slot 1, noodzakelijk om slots 1 en 4 w keer te omzeilen voordat u naar slot 7 gaat. , y wordt getoond in Fig. 1, d; meestal uitgedrukt in termen van het aantal kanalen.

Rijst. 3. Asynchrone machineafscherming

Getoond in afb.1 en 2 wordt de statorwikkeling enkellaags genoemd, omdat deze in elke groef in één laag past.Om de elkaar kruisende voorste delen in een vlak te plaatsen, worden ze op verschillende oppervlakken gebogen (figuur 2, b). Enkellaagse wikkelingen worden gemaakt met een stap gelijk aan de scheiding van de polen (Fig. 2, a), of deze stap is gemiddeld gelijk aan de scheiding van de polen voor verschillende wikkelingen van dezelfde fase, als y> 1, y< 1... Tegenwoordig komen dubbellaagse spoelen vaker voor.

Het begin en einde van elk van de drie fasen van de wikkeling wordt aangegeven op het machinepaneel, waar zich zes klemmen bevinden (afb. 3). Drie lineaire draden van een driefasig netwerk zijn verbonden met de bovenste klemmen C1, C2, SZ (het begin van de fasen). De onderste klemmen C4, C5, C6 (de uiteinden van de fasen) zijn ofwel verbonden met één punt met twee horizontale jumpers, of elk van deze klemmen is verbonden met een verticale jumper met de bovenste klem erboven.

In het eerste geval vormen de drie fasen van de stator een sterverbinding, in het tweede geval een deltaverbinding. Als bijvoorbeeld één fase van de stator is ontworpen voor een spanning van 220 V, dan moet de lijnspanning van het netwerk waarop de motor is aangesloten 220 V zijn, als de stator is aangesloten met een driehoek; wanneer verbonden met een ster, zou de netlijnspanning moeten zijn

Wanneer de stator in ster is aangesloten, wordt de neutrale draad niet bekrachtigd omdat de motor een symmetrische belasting voor het netwerk is.

De rotor van een inductiemachine is gemaakt van gestempelde platen geïsoleerd elektrisch staal op een as of op een speciale draagconstructie. De radiale speling tussen de stator en de rotor is zo klein mogelijk om een ​​lage weerstand te garanderen in het pad van de magnetische flux die beide delen van de machine binnendringt.

De kleinste opening die door de technologische vereisten is toegestaan, is van een tiende millimeter tot enkele millimeters, afhankelijk van het vermogen en de afmetingen van de machine. De geleiders van de rotorwikkeling bevinden zich in de sleuven langs de rotor die zich direct op het oppervlak vormen om het grootste contact van de rotorwikkeling met het roterende veld te verzekeren.

Inductiemachines worden vervaardigd met zowel fase- als eekhoornrotoren.

Rijst. 4. Faserotor

Een faserotor heeft meestal een driefasige wikkeling, gemaakt als een statorwikkeling, met hetzelfde aantal polen. De wikkeling is in ster of driehoek geschakeld; de drie uiteinden van de spoel worden naar drie geïsoleerde sleepringen geleid die met de machine-as meedraaien. Door borstels die op het stationaire deel van de machine zijn gemonteerd en over sleepringen glijden, is een driefasige start- of regelreostaat verbonden met de rotor, d.w.z. er wordt een actieve weerstand geïntroduceerd in elke fase van de rotor. Het buitenaanzicht van de faserotor wordt getoond in Fig. 4 zijn drie sleepringen zichtbaar aan het linkeruiteinde van de as. Asynchrone motoren met een gewikkelde rotor worden gebruikt waar een soepele regeling van de snelheid van het aandrijfmechanisme vereist is, evenals bij frequent starten van de motor onder belasting.

Het ontwerp van een eekhoornkooirotor is veel eenvoudiger dan dat van een faserotor. Voor een van de ontwerpen in FIG. 5a toont de vorm van de platen waaruit de rotorkern is samengesteld. In dit geval vormen gaten nabij de buitenomtrek van elk vel longitudinale kanalen in de kern. Aluminium wordt in deze kanalen gegoten, na het stollen worden longitudinale geleidende staven in de rotor gevormd.Aan beide uiteinden van de rotor worden tegelijkertijd aluminium ringen gegoten, die de aluminium staven kortsluiten. Het resulterende geleidende systeem wordt gewoonlijk een eekhoorncel genoemd.

Rijst. 5. Eekhoorncelrotor

Een kooirotor wordt getoond in Fig. 5 B. Aan de uiteinden van de rotor zijn gelijktijdig gegoten ventilatiebladen te zien met kortkoppelingsringen. In dit geval zijn de sleuven afgeschuind door één verdeling langs de rotor. De eekhoornkooi is eenvoudig, er zijn geen sleepcontacten, daarom zijn driefasige asynchrone kooiankermotoren de goedkoopste, eenvoudigste en meest betrouwbare; ze zijn de meest voorkomende.