Статор — понятие и принцип действия
Содержание
Электрический двигатель – это машина, превращающая электрическую энергию в механическую. Работа любого электрического двигателя или генератора основана на условии взаимодействия магнитных полей статора и ротора.
Коллекторный синхронный двигатель
Cтатор в разных типах электродвигателей
Статор – это неотъемлемый узел электрической машины, сохраняющий неподвижное состояние во время работы двигателя. Ротор – вращающаяся часть электрического мотора, передающая механическую энергию на выходной вал. Другое название ротора – якорь.
Синхронный или коллекторный двигатель
Электрический ток на ламели 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, генерируемым обмотками якоря. Ротор станет вращаться. Подобные электродвигатели широко применяются в различных бытовых и промышленных приборах: электродрелях, пылесосах, силовых приводах станков, электротранспорте.
Асинхронные двигатели
Подавляющее количество электромоторов, применяющихся и в промышленности, и в быту, – это асинхронные электродвигатели с короткозамкнутыми роторами. Такие двигатели применяются в трехфазных и однофазных сетях переменного тока.
Асинхронный двигатель
Статорная конструкция собирается из большого количества стальных пластин и расположена в корпусе основания, отлитом из немагнитных металлов: чугуна или алюминия.
Наборный статор двигателя
Материал пластин – электротехническая сталь. Пластины изолированы друг от друга специальным диэлектрическим лаком. В статоре имеются продольные пазы, где размещаются три обмотки, сдвинутые относительно оси вращения электромотора на 120 градусов друг от друга. Ротор также набирается из изолированных пластин электротехнической стали. В пазы ротора уложены стержни из алюминия, реже меди, соединенные по торцам контактными кольцами. Отсюда и название – короткозамкнутый ротор. Такая конструкция, называемая «беличьим колесом», играет роль обмотки ротора.
Ниже представлен вид асинхронного электродвигателя в разрезе. Хорошо видно, что такое наборный статор.
Разрез асинхронного двигателя
Обмотки двигателя могут подключаться к трехфазной электрической сети по схеме «треугольник» или «звезда».
Варианты подключения трехфазного двигателя
Коммутация схемы производится в клеммной коробке двигателя, называемой борн или брно.
При подаче трехфазного напряжения в обмотках статора возникают пульсирующие токи, которые вызывают появление в статоре вращающегося магнитного поля. Это поле пересекает токопроводящие стержни ротора, в которых индуцируются вторичные пульсирующие токи. Результатом становится появление магнитного поля в роторе. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют и заставляют вращаться стержни «беличьего колеса», вместе с тем и сам ротор. Якорь вращается со скоростью несколько меньшей, чем магнитное поле статора.
Величина этой разности называется скольжением и может составлять от 2 до 8 %. Из-за наличия скольжения двигатели подобной конструкции получили название – асинхронные. Эффект скольжения физически необходим для работы асинхронного двигателя – не будет отставания вращения ротора от магнитного поля статора, не будет индуцироваться ток в стержнях ротора, исчезнет магнитное поле в якоре, приводящее во вращение ротор.
Материал для статоров
Статорные и роторные узлы набираются из изолированных пластин электротехнической стали толщиной от 0,2 до 0,5 мм. В такой стали присутствует повышенное количество кремния (3-4,5 %). В результате сплав получает повышенное электрическое сопротивление и улучшенные магнитные характеристики. Малая толщина пластин и высокое удельное сопротивление существенно снижают паразитные вихревые токи Фуко в статоре и роторе. Это позволяет уменьшить нагрев узлов и деталей электродвигателя, повысить его электрический КПД.
Технология перемотки статора
Индикаторами нештатной работы электромотора являются:
- Снижение мощности;
- Повышенный нагрев корпуса;
- «Пробивание» напряжения на массу.
В таком случае следует провести диагностику неисправности статора. Необходимо определить, как проверить статор на межвитковое замыкание мультиметром. Величина сопротивления обмоток указана в справочной литературе на конкретный двигатель. Проверив мультиметром сопротивление каждой из обмоток, можно определить дефектную. После чего необходимо перемотать одну или все обмотки статора.
Основные операции:
- Удаление из пазов статора старых обмоток;
- Очищение пазов от остатков старой электро,- и термоизоляции;
- Установка новой изоляции в пазах статора;
- Укладка новых обмоток;
- Пропитка обмоток диэлектрическим лаком и его сушка;
- Проверка электрических параметров новых обмоток статора.
При правильно проведенном ремонте электромотор восстановит свои первоначальные характеристики.
Проверка якоря коллекторного двигателя
У якоря коллекторного электродвигателя надо проверять два основных типа неисправностей:
- Механические;
- Электрические.
Электрические неисправности включают в себя:
- Обрыв провода в обмотке;
- Межвитковое замыкание;
- Пробой обмотки на корпус якоря и самого мотора;
- Износ контактных ламелей коллектора.
Следует рассмотреть, как проверить якорь на межвитковое замыкание. Сделать это удобно с помощью цифрового мультиметра либо, при его отсутствии, стрелочным тестером.
Электронный мультиметр
Как прозвонить якорь? Следует поочередно измерять сопротивление обмоток якоря, касаясь щупами мультиметра противоположных ламелей коллектора. Значительное отклонение величины сопротивления позволит узнать неисправную обмотку. Пробой на корпус проверяется мультиметром в диапазоне сопротивления 20 кОм. Один щуп присоединяется к валу ротора, другим поочередно касаются ламелей коллектора. Прибор должен показывать состояние «разрыв». По показанию мультиметра менее 20 кОм можно узнавать о неисправности обмотки, и, следовательно, необходимости ремонта якоря.
Ремонт электродвигателей
Проведение ремонта электродвигателей, такого, как перемотка статора или ротора, – операция ответственная и кропотливая. Необходимы определенные знания и навыки работы, опыт. Проще всего производится устранение механических неисправностей, обычно это замена подшипников и восстановление геометрии коллектора либо его полная замена. Также бывает необходимо поменять стесанные графитовые щетки, подающие ток на обмотки якоря.
При ремонте электрической части двигателя потребуются специальные материалы, обмоточный провод нужной марки, специальные инструменты и оснастка. Если речь идет о ремонте ограниченного количества электродвигателей, то лучше обратиться в специализированное ремонтное предприятие. Это целесообразно, как с точки зрения качества ремонта, так и экономики.
Для проведения ремонтных работ в больших количествах необходимо создать профильный участок ремонта, подобрать персонал, содержать определенное количество оборудования, материалов и комплектующих, иметь справочную литературу.
Теплоизоляция статора
Электродвигатель при работе подвержен достаточно сильному нагреву – до 100-145 0С. Для сохранения работоспособности, защиты деталей и узлов от перегрева на валу двигателя имеется крыльчатка вентилятора, производящая обдув ротора и статора. Кроме того, для защиты обмоток статора применяются различные термоизолирующие материалы, такие как:
- Прокладки на базе компонентов из слюды и специальных картонов;
- Термоизолирующие материалы из стеклоткани;
- Термостойкие пропиточные лаки.
Правильное технологическое применение таких теплоизоляционных компонентов обеспечивает долгую надежную и бесперебойную работу электродвигателей.
Защита статора тепловым реле
В процессе эксплуатации электродвигатель может потреблять повышенный ток из сети и испытывать сильный нагрев. Причины могут быть разные, например, слишком большая нагрузка на валу, частые включения и выключения мотора, повышенная температура окружающей среды. Такие нештатные режимы работы могут привести к перегреву статорных обмоток и выходу их из строя. Для предотвращения повреждения электродвигателя в статорной системе устанавливается один или два биметаллических тепловых реле – это термовыключатели, называемые кликсонами.
Термовыключатель кликсон
При повышении температуры статора выше положенного значения происходит размыкание биметаллического контакта кликсона. Термовыключатель размыкает цепь питания катушки управления силовым контактором, который подает напряжение на электромотор. Контактор отключает электромотор от силовой электросети. Дальнейшее включение контактора и, следовательно, электродвигателя возможно лишь после охлаждения обмоток статора и замыкания биметаллической пары термовыключателя.
Двигатели, применяемые в промышленности
В промышленности успешно применяются оба типа двигателей: и асинхронные с короткозамкнутым ротором, и синхронные коллекторные.
Первый тип устройств имеет важные достоинства:
- Низкая цена;
- Надежность и долговечность;
- Простота эксплуатации.
Имеются и минусы:
- Невозможность плавного регулирования оборотов якоря;
- Невысокая скорость вращения – предел 3000 об./мин. в сетях с частотой 50Гц;
- Большие пусковые токи.
Однако достоинства этих изделий многократно превосходят их недостатки.
Синхронные, коллекторные двигатели имеют свои достоинства:
- Возможность плавного бесступенчатого изменения скорости вращения;
- Большая мощность;
- Большая скорость вращения.
Недостатки, присущие коллекторным электромоторам:
- Относительно высокая стоимость;
- Скользящие контакты коллектора якоря, снижающие надежность эксплуатации и уменьшающие ресурс машины;
- Необходимость частого обслуживания.
Они применяются там, где необходимо плавное изменение угловых скоростей: это приводы станков, тяговые моторы электротранспорта, точные системы монтажа.
Оба типа двигателей находят массовое применение в промышленности и быту. Для их длительной и безотказной работы необходимо проведение регламентных работ, при необходимости и восстановительного ремонта, включающего перемотку обмоток статора и ротора.
Видео
https://www.youtube.com/watch?v=S6YKqv-iP0g
