Ротор

Известно множество образцов электротехнического оборудования, работающего по принципу взаимодействия э/м полей, создаваемых входящими в их состав подвижными и неподвижными элементами. Типичные представители такого оборудования – генераторы, электродвигатели и другие системы, особенностью которых является индуктивный характер взаимодействия (смотрите рисунок ниже).

Индуктивное взаимодействие статора и ротора

Индуктивное взаимодействие статора и ротора

Носителями индуктивности в них считаются подвижная и неподвижная обмотки (ротор и статор, соответственно). За счёт взаимодействия э/м полей, создаваемых этими элементами, происходит вращение вала электродвигателя или генератора.

Определения

Для понимания различий между отдельными частями механизмов, работающих по принципу индуктивного взаимодействия, следует ознакомиться с основными понятиями и определиться с тем, что такое ротор и статор. Дать определения рассматриваемым элементам проще всего по их функциональному назначению, то есть после того, как будет понят принцип их взаимного действия.

Прежде всего, следует знать, что обмотка статора жёстко фиксируется на остове электродвигателя и соединяется с контактами, подводящими к ней электропитание.

Дополнительная информация. В электрогенераторах фиксируемая часть называется якорем, а подвижная – индуктором.

В отличие от неё ротор – это подвижная составляющая механизма, располагаемого в промежутке между полюсами статора и свободно вращающегося на продольном валу. Концы оси размещаются в двух подшипниковых ступицах, фиксируемых по торцам корпуса электродвигателя.

Устройство электродвигателя

Устройство электродвигателя

При вращении ротор «скользит» в магнитном поле статора и слегка отстаёт от него по фазе, вследствие чего режим его работы называется асинхронным. В качестве подвижной части механизма обычно используется цельнолитой или наборный каркас, в котором при вращении наводится ЭДС самоиндукции. При этом чем больше частота вращения ротора, тем более чётко проявляется эффект скольжения.

Виды электромеханических устройств

В зависимости от функционального назначения конкретного механизма, все они делятся на двигатели и генераторы. В электродвигателях энергия э/м поля превращается в механическое вращательное движение, а в генераторе наблюдается обратный процесс: выработка электричества за счёт принудительного вращения вала.

Каждый из этих механизмов, в свою очередь, классифицируется по виду тока, протекающего в обмотках их статоров. В соответствии с этим параметром все они делятся на машины постоянного и переменного тока. Рассмотрим каждый из них более подробно.

Агрегаты, работающие на переменном токе

В зависимости от особенностей конструкции статора и ротора, машины переменного тока подразделяются на следующие виды:

  • Синхронные механизмы;
  • Асинхронные двигатели;
  • Коллекторные машины.

С устройством асинхронного двигателя можно ознакомиться на приводимом ниже рисунке.

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым или фазным ротором изготавливаются в виде чугунного корпуса с запрессованными в него катушками статора (их называют ещё магнитопроводом). В нём имеются заранее подготовленные пазы, в которые укладываются обмотки медного провода, создающие переменное магнитное поле. Всего в статоре имеется три разбитых на мелкие секции катушки, напряжение в каждой из которых соответствует трёхфазному стандарту, т. е. смещено относительно других на 120 градусов.

Благодаря такому расположению обмоток в пространстве, между статором и ротором образуется переменное (скользящее) магнитное поле, вызывающее механическое вращение последнего.

У синхронных машин угловая частота вращения ротора совпадает с периодичностью изменения трёхфазного э/м поля в обмотках ротора, что соответствует их названию.

Сравните. В механизмах асинхронного типа скорости изменения поля в обмотке и вращения ротора немного отличаются, вследствие чего подвижный элемент «скользит» вдоль обмоток.

В конструкции коллекторных двигателей предусматривается специальный щёточный механизм, посредством которого переменное напряжение поступает на взаимодействующие элементы двигателя. Благодаря такому устройству они могут работать по однофазной питающей схеме (то есть от обычной бытовой сети).

Обратите внимание! Двигателями коллекторного типа оснащается всё работающее от электропроводки бытовое оборудование с вращающим привод валом (миксер, фен, дрель и им подобные механизмы).

Их существенным недостатком является постоянный износ щёток и необходимость в замене или настройке всего передаточного механизма в целом.

Машины постоянного тока

К механизмам, работающим на постоянном токе, принято относить электродвигатели и генераторы, в которых преобразование энергии происходит без внешней переменной ЭДС. Двигатели питаются от неизменного по величине напряжения, а генераторы обеспечивают получение на выходе постоянного тока.

При их работе требуемое для режима скольжения переменное напряжение образуется за счёт особой конструкции съёмного щёточного механизма (коллектора). Благодаря этому удаётся менять направление тока в роторе при его обороте на 180 градусов.

Дополнительная информация. Этого удаётся добиться за счёт разделения коллектора на две половинки, каждая из которых ответственна за создание одного полупериода колебания.

Машина постоянного тока

Машина постоянного тока

В генераторе постоянного тока применяется такой же коллектор, обеспечивающий выпрямление формируемого переменного тока (иногда для этих целей используется мощный электронный выпрямитель).

Типы роторов

Изготавливается ротор в виде правильного цилиндра, набираемого из стальных заготовок и крепящегося на валу, концы которого при сборке фиксируются в ступицах с подшипниками вращения. В зависимости от способа обустройства этого элемента, он может иметь следующие исполнения:

  • Фазный ротор, состоящий из фиксированного числа катушек, каждая из которых сдвинута относительно других на 120º градусов. В его конструкции предусмотрено наличие трёх полностью изолированных контактных колец, не связанных ни с валом, ни между собой. К ним с одной из сторон подпаиваются концы от трех фазных обмоток, а с другой – подсоединяются скользящие по ним графитовые щётки;
  • Ротор короткозамкнутого типа набирается из отдельных медных стержней, укладываемых в пазы цилиндра, которые соединяются между собой специальным кольцом из той же меди.

Существенный недостаток асинхронных машин с фазным ротором – их значительные габариты и большой вес. Зато они отличаются прекрасными пусковыми и регулировочными характеристиками. Однако наиболее надежными в эксплуатации считаются всё же механизмы с короткозамкнутым ротором, что объясняется простотой их конструкции и дешевизной изготовления.

В заключение обзора отметим, что единственным минусом короткозамкнутых изделий являются значительные по величине пусковые токи («тяжёлый» режим запуска). Но и с этим недостатком научились бороться путём принятия различных схемных ухищрений. Последние состоят в том, что при пуске двигателя обмотки включаются по схеме «звезда», а по достижении им больших оборотов они переключаются на «треугольник».

Видео

Оцените статью:
Оставить комментарий