Bobinats d'estator i rotor de màquines elèctriques de corrent altern

Bobinat d'un producte (dispositiu) elèctric — un conjunt de bobines o bobines situades d'una manera determinada i connectades, dissenyades per crear o utilitzar un camp magnètic, o per obtenir un valor determinat de resistència d'un producte (dispositiu) elèctric. d'un producte elèctric (dispositiu) - una bobina d'un producte elèctric (dispositiu) o part d'aquest, feta com a unitat estructural separada (GOST 18311-80).

L'article parla del dispositiu dels bobinatges de l'estator i el rotor de les màquines elèctriques amb corrent altern.

Disposició espacial dels bobinatges de l'estator:

Rotor de gàbia d'esquirol:

A la fig. 1, a. Les connexions entre els conductors trenats s'indiquen només per a una de les tres fases; l'inici de les fases A, B, C de la bobina estan marcats C1, C2, C3; acaba - C4, C5, C6.Les parts de la bobina col·locades als canals (la part activa de la bobina) es mostren convencionalment en forma de varetes, i les connexions entre els cables a les ranures (connexions finals) es mostren com una línia sòlida.

El nucli de l'estator té la forma d'un cilindre buit, que és una pila o una sèrie de piles (separades per conductes de ventilació) fetes de làmines d'acer elèctric. A les màquines petites i mitjanes, cada full està estampat en forma d'anell amb solcs al llarg de la circumferència interior. A la fig. 1, b, es dóna una làmina d'estator amb solcs d'una de les formes utilitzades.

Arròs. 1. La ubicació del bobinatge a les ranures de l'estator i la distribució de corrents en els cables

Sigui màxim el valor instantani del corrent iA de la primera fase en un moment determinat del temps i el corrent es dirigeix ​​des del principi de la fase C1 fins al seu final C4. Considerarem que aquest corrent és positiu.

Determinant els corrents instantànies a les fases com a projecció dels vectors giratoris sobre l'eix fix ON (Fig. 1, c), obtenim que els corrents de les fases B i C en un moment donat són negatius, és a dir, estan dirigits. des del final de les fases fins al començament.

Resseguim-ho a la fig. 1d la formació d'un camp magnètic giratori. En el moment en qüestió, el corrent de la fase A es dirigeix ​​des del seu principi fins al final, és a dir, si en els cables 1 i 7 ens deixa fora del pla del dibuix, aleshores en els cables 4 i 10 va per darrere del pla. del dibuix per a nosaltres (vegeu Fig. 1, a i d).

A la fase B, el corrent en aquest moment passa des del final de la fase fins al seu començament.En connectar els cables de la segona fase segons la mostra de la primera, es pot obtenir que el corrent de la fase B passa pels cables 12, 9, 6, 3; al mateix temps, a través dels cables 12 i 6, el corrent ens deixa fora del pla del dibuix, i a través dels cables 9 i 3 - a nosaltres. Obtenim una imatge de la distribució de corrents a la fase C utilitzant la mostra de la fase B.

Les direccions dels corrents es donen a la fig. 1, d; les línies discontínues mostren les línies de camp magnètic generades pels corrents de l'estator; les direccions de les línies es determinen per la regla del cargol de la dreta. A la figura es pot veure que els cables formen quatre grups amb les mateixes direccions de corrent i el nombre de pols 2p del sistema magnètic és de quatre. Les regions de l'estator on les línies magnètiques surten de l'estator són els pols nord i les regions on les línies magnètiques entren a l'estator són els pols sud. Un arc de cercle de l'estator ocupat per un pol s'anomena separació de pols.

El camp magnètic en diferents punts de la circumferència de l'estator és diferent. El patró de distribució del camp magnètic al llarg de la circumferència de l'estator es repeteix periòdicament a través de cada separació de dos pols L'angle d'arc 2 es pren com a 360 graus elèctrics. Com que hi ha p divisions de doble pol al voltant de la circumferència de l'estator, 360 graus geomètrics equivalen a 360p graus elèctrics, i un grau geomètric és igual a p graus elèctrics.

A la fig. La figura 1d mostra les línies magnètiques per a un determinat moment fix en el temps. Si mirem la imatge del camp magnètic durant diversos moments consecutius en el temps, podem assegurar-nos que el camp gira a una velocitat constant.

Trobem la velocitat de rotació del camp.Passat un temps igual a la meitat del període del corrent altern, s'inverteixen les direccions de tots els corrents, de manera que s'inverteixen els pols magnètics, és a dir, en la meitat del període el camp magnètic gira una fracció de revolució. La velocitat de rotació del camp magnètic de l'estator, és a dir, la velocitat síncrona, és (en revolucions per minut)

El nombre p de parells de pols només pot ser un nombre enter, per tant, a una freqüència de, per exemple, 50 Hz, la velocitat síncrona pot ser igual a 3000; 1500; 1000 rpm, etc.

Arròs. 2. Esquema detallat d'un bobinat monocapa trifàsic

Els bobinatges d'una màquina de corrent altern es poden dividir en tres grups:

1) bobina a bobina;

2) nucli;

3) especial;

Les bobines especials inclouen:

(a) curtcircuit en forma de gàbia d'esquirol;

b) bobinatge d'un motor asíncron amb commutació a un nombre diferent de pols;

c) bobinat d'un motor asíncron amb anticonnexions, etc.

A més de la divisió anterior, les bobines es diferencien en una sèrie d'altres característiques, a saber:

1) per la naturalesa de l'execució: manual, estampada i semiestampada;

2) per ubicació a la ranura: d'una sola capa i de dues capes;

3) pel nombre de ranures per pol i fase: bobinats amb un nombre enter q ranures per pol i fase i bobinatges amb un nombre fraccionari q.

Una bobina és un circuit format per dos cables connectats en sèrie. Una secció o bobinatge és una sèrie de voltes connectades en sèrie, situades en dues ranures i amb un aïllament comú del cos.

La secció té dues vessants actives. El costat actiu esquerre s'anomena inici de la secció (bobina) i el costat dret s'anomena final de la secció. La distància entre els costats actius de la secció s'anomena pas de la secció. Es pot mesurar pel nombre de puntes o en parts de les divisions dels pols.

El pas de la secció s'anomena diametral si és igual a la divisió de pols i truncat si és menor que la divisió de pols, ja que el pas de la secció no és més gran que la divisió de pols.

Una magnitud característica que determina el funcionament de la bobina és el nombre de ranures per pol i fase, és a dir. el nombre de ranures ocupades pel bobinatge de cada fase dins d'una divisió de pols:

on z és el nombre de ranures de l'estator.

La bobina mostrada a la fig. 1, a, té les dades següents:

Fins i tot per a aquesta bobina més senzilla, el dibuix espacial dels cables i les seves connexions resulta complicat, de manera que se sol substituir per un diagrama ampliat, on els cables de bobina no es representen en una superfície cilíndrica, sinó en un pla (un cilíndric). superfície amb solcs i una bobina "desplega" en un pla). A la fig. 2 és un diagrama detallat del bobinatge de l'estator considerat.

A la figura anterior, per simplificar, es mostrava que part de la fase A del bobinatge col·locat a les ranures 1 i 4 consta només de dos cables, és a dir, una volta. De fet, cadascuna d'aquestes parts del bobinatge que cau sobre un pol consta de w spires, és a dir, a cada parell de ranures es col·loquen w cables, combinats en un sol bobinatge. Per tant, quan es desvia segons l'esquema estès, per exemple, la fase A de la ranura 1, cal evitar les ranures 1 i 4 w vegades abans de passar a la ranura 7. La distància entre els costats del gir d'un bobinatge o pas de bobinatge , y es mostra a la fig. 1, d; generalment expressat en termes de nombre de canals.

Arròs. 3. Escut de màquina asíncrona

Es mostra a la fig.1 i 2, el bobinat de l'estator s'anomena monocapa, ja que encaixa en cada solc en una capa.Per col·locar les parts frontals que s'intersequen en un pla, es dobleguen sobre diferents superfícies (Fig. 2, b). Els bobinatges d'una sola capa es fan amb un pas igual a la separació dels pols (Fig. 2, a), o aquest pas és igual de mitjana a la separació dels pols per a diferents bobinats de la mateixa fase, si y> 1, y< 1... En els nostres dies les bobines de doble capa són més habituals.

L'inici i el final de cadascuna de les tres fases del bobinat s'indica al panell de la màquina, on hi ha sis pinces (Fig. 3). Tres cables lineals d'una xarxa trifàsica estan connectats als terminals superiors C1, C2, SZ (l'inici de les fases). Les pinces inferiors C4, C5, C6 (els extrems de les fases) estan connectades a un punt amb dos ponts horitzontals, o cadascuna d'aquestes pinces està connectada a un pont vertical amb la pinça superior a sobre.

En el primer cas, les tres fases de l'estator formen una connexió en estrella, en el segon una connexió delta. Si, per exemple, una fase de l'estator està dissenyada per a una tensió de 220 V, la tensió de línia de la xarxa a la qual està connectat el motor ha de ser de 220 V, si l'estator està connectat amb un delta; quan es connecta amb una estrella, la tensió de la línia de xarxa hauria de ser

Quan l'estator està connectat en estrella, el cable neutre no s'activa perquè el motor és una càrrega simètrica a la xarxa.

El rotor d'una màquina d'inducció està fet de làmines estampades d'acer elèctric aïllat sobre un eix o sobre una estructura de suport especial. El joc radial entre l'estator i el rotor és el més petit possible per garantir una baixa resistència en el camí del flux magnètic que penetra ambdues parts de la màquina.

La bretxa més petita que permeten els requisits tecnològics és d'una dècima de mil·límetre a diversos mil·límetres, depenent de la potència i les dimensions de la màquina. Els conductors del bobinat del rotor es troben a les ranures al llarg del rotor formant-se directament a la seva superfície per garantir el major contacte del bobinat del rotor amb el camp giratori.

Les màquines d'inducció es fabriquen amb rotors de fase i de gàbia d'esquirol.

Arròs. 4. Rotor de fase

Un rotor de fase sol tenir un bobinatge trifàsic, fet com un bobinat d'estator, amb el mateix nombre de pols. El bobinatge està connectat en estrella o en delta; els tres extrems de la bobina estan conduïts a tres anelles lliscants aïllades que giren amb l'eix de la màquina. A través d'uns raspalls muntats a la part estacionària de la màquina i que llisquen sobre anelles de deslizament, es connecta al rotor un reòstat d'arrencada o regulació trifàsic, és a dir, s'introdueix una resistència activa a cada fase del rotor. La vista externa del rotor de fase es mostra a la fig. 4, tres anells lliscants són visibles a l'extrem esquerre de l'eix. S'utilitzen motors asíncrons amb rotor bobinat quan es requereix una regulació suau de la velocitat del mecanisme d'accionament, així com en arrencades freqüents del motor sota càrrega.

El disseny d'un rotor de gàbia d'esquirol és molt més senzill que el d'un rotor de fase. Per a un dels dissenys de la FIG. La figura 5a mostra la forma de les làmines a partir de les quals s'assembla el nucli del rotor. En aquest cas, els forats propers a la circumferència exterior de cada làmina formen canals longitudinals al nucli. L'alumini s'aboca en aquests canals, després de la seva solidificació, es formen barres conductores longitudinals al rotor.Als dos extrems del rotor es fan simultàniament anells d'alumini, que curtcircuiten les barres d'alumini. El sistema conductor resultant s'anomena comunament cèl·lula d'esquirol.

Arròs. 5. Rotor de cèl·lules d'esquirol

Un rotor de gàbia es mostra a la fig. 5 B. Als extrems del rotor, les pales de ventilació es poden veure foses simultàniament amb anells d'acoblament curts. En aquest cas, les ranures estan bisellades per una divisió al llarg del rotor. La gàbia d'esquirol és senzilla, no hi ha contactes lliscants, per tant, els motors de gàbia d'esquirol asíncrons trifàsics són els més barats, senzills i fiables; són els més comuns.