Ротор (электрический)

Выбор различных типов роторов

Ротор плотины Гувера генератора

Чтобы узнать о других значениях, см. Ротор .

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

Раннее развитие

Ранним примером электромагнитного вращения была первая вращающаяся машина, построенная Аньосом Едликом с электромагнитами и коммутатором в 1826-27 годах. Среди других пионеров в области электричества — Ипполит Пикси , который построил генератор переменного тока в 1832 году, и конструкция Уильямом Ритчи электромагнитного генератора с четырьмя катушками ротора , коммутатором и щетками , также в 1832 году. Разработка быстро включала в себя более полезные приложения, такие как Мориц. Германа Якоби Двигатель , который мог поднимать от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, около 15 Вт механическая мощность 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. 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. Подшипники на каждом конце монтируют ротор в корпусе, при этом один конец вала выступает для крепления груза. конце имеется расширение В некоторых двигателях на неведущем 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. Выводы обмотки ротора выведены наружу и прикреплены к трем контактным кольцам с помощью щеток на валу ротора. Щетки на контактных кольцах позволяют подключать внешние трехфазные резисторы последовательно к обмоткам ротора для обеспечения регулирования скорости. Внешние сопротивления становятся частью цепи ротора, создавая большой крутящий момент при запуске двигателя. По мере увеличения скорости двигателя сопротивление может быть уменьшено до нуля.

Явнополюсный ротор

Цилиндрический ротор

Явнополюсный ротор

Ротор с явнополюсными полюсами 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 . 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.

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

Неявнополюсный ротор

Ротор цилиндрической формы состоит из цельного стального вала с пазами, проходящими по внешней длине цилиндра для удержания обмоток возбуждения ротора, которые представляют собой ламинированные медные стержни, вставленные в пазы и закрепленные клиньями. 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. 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. 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. Действие вращающегося потока и тока создает силу, которая создает крутящий момент для запуска двигателя.

Ротор генератора переменного тока состоит из проволочной катушки, обернутой вокруг железного сердечника. Магнитный компонент ротора изготовлен из стальных пластин, что облегчает штамповку пазов для проводников определенной формы и размера. Когда токи проходят через проволочную катушку, вокруг сердечника создается магнитное поле, которое называется током поля. 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 .

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.

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

где:

$E$ = индуцированное напряжение

$B$ = магнитное поле

$L$ = длина проводника

$V_{syn}$ = синхронная скорость

$V_{m}$= скорость проводника

Крутящий момент в роторе

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

$F=(BxI)L$

$T=Fxr$

где:

$F$ = сила

$T$ = крутящий момент

$r$ = радиус колец ротора

$I$ = стержень ротора

Скольжение асинхронного двигателя

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

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

где:

$f$ = частота

$p$ = количество полюсов

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

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

механическая скорость ротора с точки зрения скольжения и синхронной скорости:

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

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

Относительная скорость скольжения:

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

Частота наведенных напряжений и токов

$f_{r}=sf_{e}$

См. также

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