Ротор (электрический)

Нестационарная часть роторного электродвигателя

Выбор различных типов роторов

Ротор генератора плотины Гувера

Ротор — это движущийся компонент электромагнитной системы электродвигателя , электрогенератора или генератора переменного тока . Его вращение происходит за счет взаимодействия между обмотками и магнитными полями , которые создают крутящий момент вокруг оси ротора. ^[1]

Ранняя разработка

Ранним примером электромагнитного вращения была первая вращающаяся машина , построенная Аньосом Едликом с электромагнитами и коммутатором в 1826–1827 годах. ^[2] Среди других пионеров в области электричества можно назвать Ипполита Пикси , который построил генератор переменного тока в 1832 году, и конструкцию Уильяма Ритчи электромагнитного генератора с четырьмя катушками ротора, коммутатором и щетками , также в 1832 году. Разработка быстро включала в себя и более полезные приложения. например, двигатель Морица Германа Якоби , который мог поднимать от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, механическая мощность около 15 Вт в 1834 году. В 1835 году Фрэнсис Уоткинс описывает созданную им электрическую «игрушку»; его обычно считают одним из первых, кто понял взаимозаменяемость двигателя и генератора .

Тип и конструкция роторов

Асинхронные (асинхронные) двигатели, генераторы и генераторы переменного тока ( синхронные ) имеют электромагнитную систему, состоящую из статора и ротора. Существует две конструкции ротора асинхронного двигателя: короткозамкнутый и обмотка. В генераторах и генераторах переменного тока роторы имеют явнополюсную или цилиндрическую конструкцию .

короткозамкнутый ротор

Ротор с короткозамкнутым ротором состоит из ламинированной стали в сердечнике с равномерно расположенными стержнями из меди или алюминия , расположенными в осевом направлении по периферии, постоянно закороченными на концах концевыми кольцами. ^[3] Эта простая и прочная конструкция делает его идеальным для большинства применений. Сборка имеет особенность: стержни наклонены или перекошены, чтобы уменьшить магнитный шум и гармоники щелей, а также уменьшить тенденцию к блокированию. Расположенные в статоре зубья ротора и статора могут блокироваться, когда их количество равно, а магниты располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга, противодействуя вращению в обоих направлениях. ^[3] Подшипники на каждом конце монтируют ротор в корпусе, при этом один конец вала выступает вперед для крепления груза. В некоторых двигателях на неведущем конце имеется расширение для датчиков скорости или других электронных средств управления. Создаваемый крутящий момент заставляет движение через ротор к нагрузке.

Раневой ротор

Фасонный ротор представляет собой цилиндрический сердечник из стальных пластин с пазами для удержания проводов трехфазных обмоток, которые равномерно расположены на расстоянии 120 электрических градусов друг от друга и соединены в Y-образной конфигурации. ^[4] Клеммы обмотки ротора выведены наружу и прикреплены к трем контактным кольцам с помощью щеток на валу ротора. ^[5] Щетки на контактных кольцах позволяют подключать внешние трехфазные резисторы последовательно к обмоткам ротора для обеспечения регулирования скорости. ^[6] Внешние сопротивления становятся частью цепи ротора, создавая большой крутящий момент при запуске двигателя. По мере увеличения скорости двигателя сопротивление может быть уменьшено до нуля. ^[5]

Явнополюсный ротор

Цилиндрический ротор

Явнополюсный ротор

Явнополюсный ротор построен на стопке стальных пластин «звездообразной» формы, обычно с 2, 3, 4 или 6, может быть, даже 18 или более «радиальными зубцами», торчащими из середины, каждый из которых намотан медной проволокой . для формирования дискретного полюса электромагнита, обращенного наружу. Обращенные внутрь концы каждого зубца магнитно заземлены в общий центральный корпус ротора. Полюса питаются постоянным током или намагничиваются постоянными магнитами . ^[7] Якорь с трехфазной обмоткой находится на статоре, где индуцируется напряжение. Постоянный ток (DC) от внешнего возбудителя или от диодного моста, установленного на валу ротора, создает магнитное поле и подает напряжение на вращающиеся обмотки возбуждения, а переменный ток одновременно подает напряжение на обмотки якоря. ^{[8] [7]}

Явный полюс заканчивается полюсным башмаком — деталью с высокой проницаемостью , внешняя поверхность которой имеет форму сегмента цилиндра для гомогенизации распределения магнитного потока к статору. ^[9]

Неявнополюсный ротор

Ротор цилиндрической формы состоит из цельного стального вала с пазами, идущими по внешней длине цилиндра для удержания обмоток возбуждения ротора, которые представляют собой ламинированные медные стержни, вставленные в пазы и закрепленные клиньями. ^[10] Пазы изолированы от обмоток и удерживаются на конце ротора контактными кольцами. Внешний источник постоянного тока (DC) подключается к концентрически установленным контактным кольцам со щетками, движущимися вдоль колец. ^[8] Щетки образуют электрический контакт с вращающимися контактными кольцами. Постоянный ток также подается посредством бесщеточного возбуждения от выпрямителя, установленного на валу машины, который преобразует переменный ток в постоянный.

Принцип работы

В трехфазной индукционной машине переменный ток, подаваемый на обмотки статора, возбуждает ее, создавая вращающийся магнитный поток. ^[11] Поток создает магнитное поле в воздушном зазоре между статором и ротором и индуцирует напряжение, которое создает ток через стержни ротора. Цепь ротора закорочена и в проводниках ротора течет ток. ^[5] Действие вращающегося потока и тока создает силу, которая создает крутящий момент для запуска двигателя. ^[11]

Ротор генератора переменного тока состоит из проволочной катушки, обернутой вокруг железного сердечника. ^[12] Магнитный компонент ротора изготовлен из стальных пластин, что позволяет придать пазам проводника определенные формы и размеры. Когда токи проходят через проволочную катушку, вокруг сердечника создается магнитное поле, которое называется током поля. ^[1] Сила тока поля контролирует уровень мощности магнитного поля. Постоянный ток (DC) направляет ток возбуждения в одном направлении и подается на проволочную катушку с помощью набора щеток и контактных колец. Как и любой магнит, создаваемое магнитное поле имеет северный и южный полюс. Нормальным направлением вращения двигателя по часовой стрелке , на который приводится ротор, можно управлять с помощью магнитов и магнитных полей, установленных в конструкции ротора, что позволяет двигателю вращаться в обратном направлении или против часовой стрелки . ^{[1] [12]}

Характеристики роторов

• короткозамкнутый ротор

Этот ротор вращается со скоростью меньшей, чем скорость вращения магнитного поля статора или синхронная скорость.

Скольжение ротора обеспечивает необходимую индукцию токов ротора для крутящего момента двигателя, который пропорционален скольжению.

Когда скорость ротора увеличивается, скольжение уменьшается.

Увеличение скольжения увеличивает индуцированный ток двигателя, что, в свою очередь, увеличивает ток ротора, что приводит к более высокому крутящему моменту при увеличении нагрузки.

• Раневой ротор

Этот ротор работает с постоянной скоростью и имеет меньший пусковой ток.

Внешнее сопротивление, добавленное в цепь ротора, увеличивает пусковой момент.

Эффективность работы двигателя повышается, поскольку внешнее сопротивление уменьшается при увеличении скорости двигателя.

Более высокий крутящий момент и контроль скорости

• Явнополюсный ротор

Этот ротор работает со скоростью ниже 1500 об/мин (оборотов в минуту) и 40% номинального крутящего момента без возбуждения.

Имеет большой диаметр и короткую осевую длину.

Воздушный зазор неоднороден

Ротор имеет низкую механическую прочность.

• Цилиндрический ротор

Ротор работает со скоростью 1500-3600 об/мин.

Имеет сильную механическую прочность

Воздушный зазор равномерный

Его диаметр небольшой, большая осевая длина и требует более высокого крутящего момента, чем явнополюсный ротор.

Уравнения ротора

Напряжение ротора

Вращающееся магнитное поле индуцирует напряжение в стержнях ротора, проходя через них. Это уравнение применимо к индуцированному напряжению в стержнях ротора. ^[11]

${\displaystyle E=BL(V_{syn}-V_{m})}$

где:

${\displaystyle E}$= индуцированное напряжение

${\displaystyle B}$= магнитное поле

${\displaystyle L}$= длина проводника

${\displaystyle V_{syn}}$= синхронная скорость

${\displaystyle V_{m}}$= скорость проводника

Крутящий момент в роторе

Крутящий момент создается силой, возникающей в результате взаимодействия магнитного поля и тока, что выражается формулой: Там же.

${\displaystyle F=(BxI)L}$

${\displaystyle T=Fxr}$

где:

${\displaystyle F}$= сила

${\displaystyle T}$= крутящий момент

${\displaystyle r}$= радиус колец ротора

${\displaystyle I}$= стержень ротора

Скольжение асинхронного двигателя

Магнитное поле статора вращается с синхронной скоростью, Там же. ${\displaystyle n_{s}}$

${\displaystyle n_{s}={\frac {120f}{p}}}$

где:

${\displaystyle f}$= частота

${\displaystyle p}$= количество полюсов

Если = скорость ротора, скольжение S для асинхронного двигателя выражается как: ${\displaystyle n_{m}}$

${\displaystyle s={\frac {n_{s}-n_{m}}{n_{s}}}\times 100\%}$

механическая скорость ротора с точки зрения скольжения и синхронной скорости:

${\displaystyle n_{m}=(1-s)n_{s}}$

${\displaystyle \omega _{m}=(1-s)\omega _{s}}$

Относительная скорость скольжения:

${\displaystyle n_{slip}=n_{s}-n_{m}}$

Частота наведенных напряжений и токов

${\displaystyle f_{r}=sf_{e}}$

Смотрите также

• Якорь (электротехника) - любой «ротор», по которому течет переменный ток той или иной формы.
• Балансировочная машина
• Коммутатор (электрический)
• Электрический двигатель
• Катушка возбуждения
• Роторная динамика
• Статор

Рекомендации

1. ^ Персонал «Понимание генераторов переменного тока . Что такое генератор переменного тока и как он работает». Нп и Интернет. 24 ноября 2014 г. «Что такое генераторы переменного тока. Что такое генератор переменного тока и как он работает». Архивировано из оригинала 11 декабря 2014 года . Проверено 11 декабря 2014 г..
2. Ing Doppelbauer Martin Dr. Изобретение электродвигателя 1800-1854 гг. 29-я сеть. Ноябрь 2014 г.: Интернет. 28 ноября 2014 г. http://www.eti.kit.edu/english/1376.php
3. Парех, Ракеш. 2003. Основы индукции переменным током, 30 ноября 2014 г., Интернет. 29 ноября 2014 г. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00887a.pdf.
4. Промышленная электроника. Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором. 10 ноября 2014 г. Интернет. 1 декабря 2014 г. «Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором». Архивировано из оригинала 17 февраля 2015 года . Проверено 10 декабря 2014 г.
5. Университет Таксилы. Три асинхронных двигателя. 2012. Интернет. 28 ноября 2014 г. http://web.uettaxila.edu.pk/CMS/SP2012/etEMbs/notes%5CThree%20Phase%20Induction%20Motors.pdf. Архивировано 23 января 2013 г. в Wayback Machine.
6. Фатизаде Масуд, доктор философии, PE. Асинхронные двигатели. и Интернет. 24 ноября 2014 г. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2015 г. Проверено 25 ноября 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
7. Карделл, Дж. Принципы работы синхронной машины (nd). Интернет.http://www.science.smith.edu/~jcardell/Courses/EGR325/Readings/SynchGenWiley.pdf
8. Донохью. СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ.nd Web. 30 ноября 2014 г. http://www.ece.msstate.edu/~donohoe/ece3614synchronous_machines.pdf
9. Патент США 9 742 224.
10. Консалтинговые услуги по эксплуатации и техническому обслуживанию. Базовые электрические генераторы переменного тока. и Интернет. 2 декабря 2014 г. «Американское общество инженеров-энергетиков, Inc» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 2 января 2016 г.
11. Шахл, Суад Ибрагим. Трехфазная индукционная машина. и Интернет. 2 декабря 2014 г. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 5 ноября 2015 года . Проверено 12 декабря 2014 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
12. Слемон, Гордон. Британская энциклопедия Inc., 17 марта 2014 г. Интернет. 25 ноября 2014 г. «Электродвигатель — Интернет-энциклопедия Britannica». Архивировано из оригинала 23 октября 2014 года . Проверено 25 ноября 2014 г.