Синхронный электродвигатель с обмоткой возбуждения

Подготовка к проведению ремонта и необходимые инструменты

Для перемотки статора понадобятся специальные инструменты:

• молотки: деревянный, металлический;
• круглогубцы и плоскогубцы;
• стальная щетка;
• штангенциркуль;
• мегомметр;
• электродрель;
• линейка;

Первый и самый важный этап – очистка статора от загрязнений. Старая обмотка удаляется из пазов. Все это можно сделать с помощью стальной щетки. Очистка проводится вручную с помощью стальных щеток, электродрелей. Также необходимо убрать старую изоляцию. Чтобы облегчить задачу, можно использовать трансформаторное масло. Его необходимо немного согреть и опустить в него устройство запуска. Такая мера позволит размягчить поврежденную изоляцию и упростить ее удаление. Для очистки также применяется слабый раствор каустика (температура – 80ºС), смешанного со сжатым воздухом.

После обработки статор нужно хорошо промыть водой и высушить. Состояние статора и стальных пакетов нужно хорошо проверить. Затем подтягивают стягивающие сердечник шпильки, пазы зачищают от заусенцев. Сопротивление изоляции измеряется с помощью мегомметра. Части сердечника, нажимных шайб и пазы покрываются лаком. Шайбы и пазы необходимо изолировать.

Облегчить дальнейшую работу может сопроводительная записка, где отображаются основные данные:

• схема соединения фаз и их количество;
• сопротивление катушки и фазы;
• количество пазов и их размеры;
• сечение обмотки, шаг катушек по пазам;
• способ изоляции паза, количество междуслойных прокладок и их размеры.

Этапы осуществления процедуры перемотки статора

При работе важно получить строго определенное количество витков – оно должно быть идентично количеству витков старой обмотки. Проволоку нужно наматывать так, чтобы уплотнение было максимальным

Катушки ставятся в статор. Из того же материала, из которого сделана обмотка для катушек, делаются выводы. Их кончики нужно изолировать кембриками – трубочками, изготовленными из пластмассы.

До того как установить катушки, необходимо проверить, чтобы пазовые коробки были симметричны. Они должны закрывать обмотку. Если этого не происходит, при закладке проводов катушек ставят временные вкладыши. Эта простая мера позволит избежать повреждения.

Катушка монтируется над пазом, который находится ниже расточки. Проводники катушки устанавливают с помощью специальной пластины. Провода, расположенные в пазу, ни в коем случае не должны перекрещиваться. Их нужно укладывать точно так же, в той же последовательности, что и намотку. Проводники нужно устанавливать строго параллельно.

Чтобы выполнить следующую операцию, статор нужно немного повернуть – только на одно деление. В паз укладываются катушки из этой же группы. После окончания укладки нужно положить междуслойные прокладки. Выводы прикрутить к внешнему контуру так, чтобы они располагались параллельно внешнему контуру. Нижняя сторона катушек монтируется по такому же принципу. Операция повторяется до тех пор, пока пазы этого шага не заполнятся.

Когда обмотка закончена, концы можно загильзовать. Размеры гильз зависят от размеров статора. Толщина гильзы обычно бывает 0,2 мм, но при этом длина должна быть больше, чем габарит устройства запуска. Чаще всего это значение составляет около 1,5 мм. Для изготовления гильзы используется специальный картон. На него нужно намотать пленку (должна быть термоустойчивой). Всю получившуюся конструкцию заворачивают скотчем. Катушки с гильзами нужно установить в пазы статора. После этого можно провести проверку, правильно ли двигается якорь. Катушка полностью готова. Ее останется только обмотать киперной лентой, а сверху покрыть слоем лака. После того как лак высохнет, прибор полностью готов к использованию.

В быту и небольших мастерских используются электродвигатели. Иногда они выходят из строя
. Определить, можно ли их отремонтировать самостоятельно, или необходимо обращаться к мастеру, поможет эта статья. Неисправности электродвигателей можно разделить на две группы — механические, например, заклинивший подшипник или оборванный вал и электрические — механический обрыв обмотки или выход её из строя из-за перегрева электродвигателя.

Классификация электродвигателей

Примечание:

1. Указанная категория не представляет отдельный класс электродвигателей, так как устройства, входящие в рассматриваемую категорию (БДПТ, ВРД), являются комбинацией бесколлекторного двигателя, электрического преобразователя (инвертора) и, в некоторых случаях, — датчика положения ротора. В данных устройствах электрический преобразователь, в виду его невысокой сложности и небольших габаритов, обычно интегрирован в электродвигатель.
2. Вентильный двигатель может быть определен как электрический двигатель, имеющий датчик положения ротора, управляющий полупроводниковым преобразователем, осуществляющим согласованную коммутацию обмотки якоря .
3. Вентильный электродвигатель постоянного тока — электродвигатель постоянного тока, вентильное коммутирующее устройство которого представляет собой инвертор, управляемый либо по положению ротора, либо по фазе напряжения на обмотки якоря, либо по положению магнитного поля .
4. Электродвигатели используемые в БДПТ и ВРД являются двигателями переменного тока, при этом за счет наличия в данных устройствах электрического преобразователя они подключаются к сети постоянного тока.
5. Шаговый двигатель не является отдельным классом двигателя. Конструктивно он представляет из себя СДПМ, СРД или гибридный СРД-ПМ.

Аббревиатура:

• КДПТ — коллекторный двигатель постоянного тока
• БДПТ — бесколлекторный двигатель постоянного тока
• ЭП — электрический преобразователь
• ДПР — датчик положения ротора
• ВРД — вентильный реактивный двигатель
• АДКР —
• АДФР —
• СДОВ — синхронный двигатель с обмоткой возбуждения

• СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
• СДПМП —
• СДПМВ —
• СРД — синхронный реактивный двигатель
• ПМ — постоянные магниты
• ЧП — частотный преобразователь

Однофазные асинхронные электродвигатели

Устройство и принцип действия

Мощность такого однофазного двигателя 220В может в зависимости от конструкции находиться в пределах от 5 Вт до 10 кВт. Его ротор – это обычно короткозамкнутая обмотка («беличья клетка») – медные или алюминиевые стержни, замкнутые с торцов.

Такой однофазный двигатель, как правило, имеет две смещенные на 90° друг относительно друга обмотки. Рабочая (главная) при этом занимает большую часть пазов статора, а пусковая (вспомогательная) – оставшуюся. И однофазным его называют потому, что у него лишь одна рабочая обмотка.

Переменный ток, протекающий по главной обмотке, создает периодически меняющееся магнитное поле. Его можно считать состоящим из двух круговых с одинаковой амплитудой, вращающихся навстречу друг другу.

По закону электромагнитной индукции в замкнутых витках ротора меняющийся магнитный поток создает индукционный ток, взаимодействующий с порождающим его полем. Если ротор неподвижен, моменты действующих на него сил одинаковы, вследствие чего ротор остается неподвижным.

Если же ротор начать вращать, то равенство моментов этих сил нарушится, поскольку скольжение его витков относительно вращающихся магнитных полей станет разным. Как следствие – сила Ампера, действующая на витки ротора со стороны прямого магнитного поля, будет значительно больше, чем со стороны обратного.

Индукционный ток в витках ротора может возникать лишь при пересечении ими силовых линий магнитного поля. А для этого они должны вращаться со скоростью, чуть меньшей, чем частота вращения поля (при одной паре полюсов – 3000 об/мин). Отсюда и название, которое получили такие электродвигатели, асинхронные.

При увеличении механической нагрузки скорость вращения уменьшается, возрастает величина индукционного тока в витках ротора. Как следствие – возрастают и механическая мощность двигателя, и мощность потребляемого им переменного тока.

Схема запуска и подключения

Понятно, что раскручивать вручную ротор при каждом запуске электродвигателя неудобно. Для создания первоначального пускового момента и используется пусковая обмотка. Поскольку она составляет с рабочей обмоткой прямой угол, для создания вращающегося магнитного поля ток в ней должен быть сдвинут по фазе относительно тока в рабочей обмотке тоже на 90°.

Добиться этого можно включением в цепь ее питания фазосмещающего элемента. Резистор или дроссель обеспечить фазовый сдвиг в 90° не могут, поэтому в большинстве ситуаций логично использование конденсатора в качестве фазосмещающего элемента. В этом случае однофазный электродвигатель обладает наилучшими пусковыми свойствами.

Когда фазовращающий элемент является конденсатором, однофазные электродвигатели конструктивно могут быть такими:

• с пусковым конденсатором (рис. а);
• с пусковым и рабочим (рис. б);
• только с рабочим конденсатором (рис. в).

Первый (наиболее распространенный) вариант предусматривает подключение пусковой обмотки с конденсатором ненадолго на время пуска, после чего они отключаются. Реализовать его можно с помощью реле времени, а то и просто за счет замыкания цепи во время нажатия пусковой кнопки. Эта схема запуска характеризуется сравнительно небольшим пусковым током, но в номинальном режиме характеристики невысоки. Причина в том, что поле статора является эллиптическим (в направлении полюсов оно сильнее, чем в перпендикулярном).

Схема с рабочим, постоянно включенным конденсатором лучше работает в номинальном режиме, но имеет посредственные пусковые характеристики. Вариант с пусковым и рабочим конденсатором является промежуточным между двумя описанными выше. Расчет значений их емкостей сравнительно прост: у рабочего 0,75 мкФ на 1 кВт мощности, у пускового – в 2,5 раза больше.

Переключение — число — пары — полюс

Переключение числа пар полюсов достигается изменением схемы соединения статорной обмотки. Роторы многоскоростных двигателей выполняются короткозамкнутыми. На рис. 3 — 18 приведены механические характеристики двухскоростного двигателя. Переход с высшей скорости вращения на низшую при переключении числа пар полюсов, как показано на графике, сопровождается торможением с отдачей энергии в сеть. Механические характеристики сохраняют свою жесткость при переходе с одной скорости вращения на другую.
 

Переключение числа пар полюсов асинхронных электродвигателей обеспечивает ступенчатое регулирование частоты вращения, жесткие механические характеристики и отличается экономичностью.
 

Переключение числа пар полюсов асинхронного электродвигателя дает ступенчатое регулирование скорости вращения, жесткие механические характеристики и отличается экономичностью.
 

Путем переключения числа пар полюсов можно изменять частоту вращения только большими ступенями, например: 3000, 1500, 1000, 500 об / мин. Возможность изменения числа пар полюсов в одном двигателе достигается усложнением его устройства, увеличением размеров и значительным повышением стоимости. Поэтому многоскоростные двигатели строят не более чем на четыре скорости.
 

Возможность переключения числа пар полюсов путем изменения схемы обмотки иллюстрирует рис. 3.65. При соединении секций обмотки, как показано на рис. 3.65, а, получают четыре полюса, а по схеме рис. 3.65, б — два. Такие переключения производят в трех фазах, а переключаемые части обмоток могут соединяться параллельно или последовательно.
 

Регулирование переключением числа пар полюсов является сравнительно простым способом, не требующим больших капитальных затрат. Экономичность регулирования весьма высока. Скорость при регулировании меняется не плавно, а ступенями. Уменьшение синхронной скорости ниже 300 — 375 об / мин обычно не производится, так как оно приводит к значительному увеличению габаритов двигателей.
 

Электродвигатели с переключением числа пар полюсов поля статора изготовляются на две, три и четыре скорости.
 

Регулирование скорости двигателей переключением числа пар полюсов возможно лишь в двигателе с короткозамкнутым ротором, так как только у этого двигателя число полюсов ротора всегда соответствует числу полюсов статора.
 

У двигателей с переключением числа пар полюсов случается, что токи в подводящей линии и в самой обмотке при разной скорости вращения ротора значительно отличаются друг от друга.
 

Получение пониженной скорости путем переключения числа пар полюсов осуществляется в многоскоростном двигателе; при этом величина рабочей скорости определяется известным рядом синхронных скоростей: 3000, 1 500, 1 000, 750 и 500 об / мин. Двигатели со скоростями, меньшими 500 об / мин, редко изготовляются, следовательно, начальная скорость перед окончательным торможением может быть снижена максимум в 6 раз.
 

Защита статора с помощью теплового реле

Суть такой защиты состоит в применении реле с пластиной из биметалла. Металлическая полоса, под действием электрического тока, начинает работать на изгиб. По достижению определенной температуры пластина, под действием пружины, расцепляется со специальной защелкой и разъединяет всю электрическую схему.

В исходное положение пластина приходит при помощи ручного нажатия кнопки. Конструкция теплоизоляции статоров различна, исходя из области применения, показателей тока и устройства реле.

В настоящее время реле производятся как в составе сборочных единиц, так и самостоятельных деталей. В зависимости от предназначения, отличаются ручным и автоматическим принципом действия.

Для приборов, рассчитанных на узкий диапазон величины потребляемого тока, выбор защиты требует более ответственного подхода. С включением электродвигателя в сеть происходит нагрев металлической полосы путем прохождения заряда по намотанной спиралевидной проволоке.

Что такое статор

Статор – это неподвижная часть в электродвигателе. Обычно он совмещен с корпусом устройства и представляет собой цилиндрическую деталь. Он так же состоит из множества пластин для уменьшения нагрева из-за токов Фуко, в обязательном порядке покрытых лаком. На торцах располагаются посадочные места под подшипники скольжения или качения.

Конструкция называется пакет статора, она впрессовывается в чугунный корпус устройства. Внутри этого цилиндра вытачиваются пазы под обмотки, которые, так же как и для ротора, пропитываются специальными составами, чтобы тепло равномернее распределялось по устройству, и обмотки не терлись друг об друга от вибрации.

Обмотки статора могут подключаться разными способами в зависимости от назначения и типа электрической машины. Для трехфазныхэлектродвигателей применимы типы подключения звезда и треугольник. Они представлены на схеме:

Для выполнения подключений на корпусе устройства предусмотрена специальная распределительная коробка («борно»). В эту коробку выведены начала и концы трех обмоток и предусмотрены специальные клеммники различных конструкций, в зависимости от мощности и назначения машины.

Существуют серьезные отличия в работе двигателей при разном соединении обмоток. Например, при подключении звездой двигатель будет стартовать плавнее, однако нельзя будет развить максимальную мощность. При присоединении треугольником, электродвигатель будет выдавать весь крутящий момент, заявленный производителем, но пусковые токи в таком случае достигают высоких значений. Электросеть может быть просто не рассчитана на такие нагрузки. Использование устройства в этом режиме чревато нагревом проводов, и в слабом месте (это места соединения и разъемы) провод может отгореть и привести к пожару. Главным преимуществом асинхронных двигателей является удобство в смене направления их вращения, нужно просто поменять местами подключения двух любых обмоток.

Якорь

Электротехнический термин якорь обычно относится к одной из частей электрических машин имеющих обмотки. Однако, этот термин может относится и к подвижной части магнитопровода реле или электромагнита. В электрических машинах якорь может быть как статором, так и ротором. Все зависит от обстоятельств. ГОСТ 27471-87 (Машины электрические вращающиеся. Определения) даёт якорю такое обозначение

Обычно на практике под понятием якорь имеется в виду часть электродвигателя, по обмоткам которой при работе протекает сети. То есть, якорем является та часть электродвигателя, к обмоткам которой подключено питание (рабочая обмотка). Для генератора же под якорем подразумевается та его часть, с которой снимается вырабатываемое напряжение. Например, в якорем является ротор. А в бесколлекторном двигателе постоянного тока якорем будет статор. Для синхронных генераторов переменного тока, чаще всего, якорь — это статор. Хотя у некоторых маломощных генераторов, якорь — это ротор, с которого вырабатываемое напряжение снимается через щётки.

Якорь коллекторного двигателя постоянного тока

Примером якоря могут служить большинство роторов от двигателей для недорогих ручных электроинструментов. Потому как в таких инструментах электродвигатели коллекторные. То есть, на роторе расположен коллектор, на который подается напряжение с помощью графитовых щеток. Другими словами, все роторы с коллекторами являются якорями. Однако, не стоит путать коллектор с контактными или токосъёмными кольцами, расположенными на роторе некоторых электромашин. Контактные кольца имеют устройство непрерывной однородной окружности. Коллектор же состоит из множества пластинок — ламелей, изолированных друг от друга.

Асинхронные электродвигатели

В предыдущих разделах мы разобрали, почему электродвигатели переменного тока называют также индукционными электродвигателями, или электродвигателями типа «беличье колесо». Далее объясним, почему их ещё называют асинхронными электродвигателями

В данном случае во внимание принимается соотношение между количеством полюсов и числом оборотов, сделанных ротором электродвигателя

Частоту вращения магнитного поля принято считать синхронной частотой вращения (Ns). Синхронную частоту вращения можно рассчитать следующим образом: частота сети (F), умноженная на 120 и разделенная на число полюсов (P).

Если, например, частота сети 50 Гц, то синхронная частота вращения для 2-полюсного электродвигателя равна 3000 мин-1.             

Синхронная частота вращения уменьшается с увеличением числа полюсов. В таблице, приведенной ниже, показана синхронная частота вращения для различного количества полюсов.

Статор и ротор в асинхронных двигателях

Трехфазные асинхронные двигатели имеют свои особенности, ротор и статор в них отличаются от использованных в других типах электродвигателей. Например, ротор может иметь две конструкции: короткозамкнутый и фазный. Рассмотрим особенности строения каждого из них по подробнее. Однако для начала давайте вкратце разберемся, как работает асинхронный двигатель.

В статоре создается вращающееся магнитное поле. Оно наводит на роторе индуцируемый ток и тем самым приводит его в движение. Таким образом ротор всегда пытается «догнать» вращающееся магнитное поле.

Необходимо также упомянуть о такой важной особенности асинхронного двигателя, как скольжение ротора. Это явление заключается в разности частот вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором

Объясняется это как раз тем, что ток индуцируется в роторе только при его движении относительно магнитного поля. И если бы частоты вращения были одинаковы, то этого движения бы просто не происходило. В результате ротор пытается «догнать» по оборотам магнитное поле, и если это происходит, то ток в обмотках перестает индуцироваться и ротор замедляется. В этот момент сила, действующая на него, растет, он начинает опять ускоряться. Так и получается эффект стабилизации частоты вращения, за что эти электродвигатели и пользуются большой востребованностью.

Короткозамкнутый ротор

Он также представляет собой конструкцию, состоящую из металлических пластин, выполняющих функцию сердечника. Однако вместо медной обмотки там установлены стержни или пруты, не касающиеся друг друга и накоротко замкнутые между собой металлическими пластинами на торцах. При этом стержни не перпендикулярны пластинам, а направлены под углом. Это делается для уменьшения пульсаций магнитного поля и момента. Таким образом получаются витки, замкнутые накоротко, от сюда и название.

Фазный ротор

Главное отличие фазного ротора от короткозамкнутого заключается в наличии трехфазной обмотки, уложенной в проточки сердечника и соединяющейся в особом коллекторе с тремя кольцами вместо ламелей. Эти обмотки обычно соединяются «звездой». Такие электродвигатели более трудоемки в производстве за счет усложнения конструкции, однако их пусковые токи ниже, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, а также они лучше поддаются регулировке.

Надеемся, что после прочтения данной статьи у вас больше не осталось вопросов о том, что такое ротор и статор электродвигателя и какой у них принцип работы. Напоследок рекомендуем просмотреть видео, в котором наглядно рассмотрен данный вопрос: