Ротор (электрический)

Выбор различных типов роторов

Ротор генератора плотины Гувера

Ротора является движущимся компонентом электромагнитной системы в электродвигатель , электрический генератор , или генератор переменного тока . Его вращение происходит из-за взаимодействия между обмотками и магнитными полями, которые создают крутящий момент вокруг оси ротора. ^[1]

Раннее развитие [ править ]

Ранним примером электромагнитного вращения была первая вращающаяся машина, построенная Аньошем Едликом с электромагнитами и коммутатором в 1826-27 годах. ^[2] Среди других пионеров в области электричества - Ипполит Пикси, который построил генератор переменного тока в 1832 году, и конструкцию Уильямом Ричи электромагнитного генератора с четырьмя катушками ротора , коммутатором и щетками , также в 1832 году. такие как Мориц Герман Якобидвигатель, который мог поднимать от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, около 15 ватт механической мощности в 1834 году. В 1835 году Фрэнсис Уоткинс описывает электрическую «игрушку», которую он создал; его обычно считают одним из первых, кто понял взаимозаменяемость двигателя и генератора .

Тип и конструкция роторов [ править ]

Асинхронные двигатели, генераторы и генераторы переменного тока ( синхронные ) имеют электромагнитную систему, состоящую из статора и ротора. Существует две конструкции ротора асинхронного двигателя: с короткозамкнутым ротором и с обмоткой. В генераторах и генераторах переменного тока конструкции ротора являются явнополюсными или цилиндрическими .

Ротор с короткозамкнутым ротором [ править ]

Короткозамкнутый ротор состоит из ламинированной стали в активной зоне с равномерно расположенными стержнями из меди или алюминия , расположенных в осевом направлении по периферии, постоянно замкнут на концах с помощью концевых колец. ^[3] Эта простая и прочная конструкция делает его идеальным для большинства приложений. У сборки есть изюминка: стержни наклонены или перекошены, чтобы уменьшить магнитный шум и гармоники паза, а также уменьшить тенденцию к блокировке. Размещенные в статоре, зубья ротора и статора могут блокироваться, когда они находятся в равном количестве, а магниты расположены одинаково друг от друга, противодействуя вращению в обоих направлениях. ^[3]Подшипники на каждом конце устанавливают ротор в его корпус, при этом один конец вала выступает вперед, чтобы можно было прикрепить нагрузку. В некоторых двигателях есть удлинитель на неприводной стороне для датчиков скорости или других электронных средств управления . Создаваемый крутящий момент заставляет движение через ротор к нагрузке.

Ротор с обмоткой [ править ]

Ротор представляет собой цилиндрический сердечник из листовой стали с прорезями для удержания проводов его трехфазных обмоток, которые равномерно разнесены под углом 120 электрических градусов друг к другу и соединены по схеме «Y». ^[4] Выводы обмотки ротора выведены и прикреплены к трем контактным кольцам с щетками на валу ротора. ^[5] Щетки на контактных кольцах позволяют подключать внешние трехфазные резисторы последовательно к обмоткам ротора для управления скоростью. ^[6] Внешние сопротивления становятся частью цепи ротора и создают большой крутящий момент при запуске двигателя. По мере увеличения скорости двигателя сопротивление может быть уменьшено до нуля. ^[5]

Ротор с явным полюсом [ править ]

Ротор представляет собой большой магнит с полюсами, сделанными из листовой стали, выступающими из сердечника ротора. ^[7] Полюса питаются постоянным током или намагничиваются постоянными магнитами . ^[8] 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 возбуждает вращающиеся обмотки возбуждения, а переменный ток одновременно возбуждает обмотки якоря. ^{[7] [8]}

Невыступающий ротор [ править ]

Ротор цилиндрической формы состоит из прочного стального вала с прорезями, проходящими по внешней длине цилиндра для удержания обмоток возбуждения ротора, которые представляют собой многослойные медные стержни, вставленные в прорези и закрепленные клиньями. ^[9] Прорези изолированы от обмоток и удерживаются на конце ротора контактными кольцами. Внешний источник постоянного тока (DC) подключен к концентрически установленным контактным кольцам с щетками, движущимися вдоль колец. ^[7] Щетки создают 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 [ править ]

В трехфазной индукционной машине переменный ток, подаваемый на обмотки статора, возбуждает его, создавая вращающийся магнитный поток. ^[10] Магнитный 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. ^[10]

Ротор генератора переменного тока состоит из проволочной катушки, обернутой вокруг железного сердечника. ^[11] Магнитный компонент ротора изготовлен из листовой стали, что помогает штамповать прорези для проводов до определенных форм и размеров. Когда токи проходят через проволочную катушку, вокруг сердечника создается магнитное поле, которое называется током поля. ^[1] Сила тока поля определяет уровень мощности магнитного поля. Постоянный ток (DC) управляет током возбуждения в одном направлении и подается в катушку с проволокой с помощью набора щеток и контактных колец. Как и у любого магнита, создаваемое магнитное поле имеет северный и южный полюсы. Нормальный по часовой стрелкеНаправлением двигателя, на котором работает 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] [11]}

Характеристики роторов [ править ]

• Ротор с короткозамкнутым ротором

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 для увеличения нагрузки.

• Ротор с обмоткой

Этот ротор работает с постоянной скоростью и имеет более низкий пусковой ток.

Внешнее сопротивление, добавленное к цепи ротора, увеличивает пусковой момент

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

Более высокий крутящий момент и контроль скорости

• Ротор с явнополюсным ротором

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

Имеет большой диаметр и небольшую осевую длину.

Воздушный зазор неравномерный

Ротор имеет низкую механическую прочность

• Цилиндрический ротор

Ротор работает со скоростью 1500-3000 об / мин.

Обладает сильной механической прочностью

Воздушный зазор равномерный

Его диаметр невелик, имеет большую осевую длину и требует более высокого крутящего момента, чем ротор с явнополюсным ротором.

Уравнения ротора [ править ]

Напряжение на стержне ротора [ править ]

Вращающееся магнитное поле индуцирует напряжение в стержнях ротора, когда оно проходит по ним. Это уравнение применимо к наведенному напряжению в стержнях ротора. ^[10]

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

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 [ править ]

Крутящего момента производится с помощью силы , создаваемой за счет взаимодействия магнитного поля и тока , как выражено данное: Там

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

${\ displaystyle T = Fxr}$

где:

${\ displaystyle F}$= сила

${\ displaystyle T}$= крутящий момент

${\ displaystyle r}$= радиус колец ротора

${\ displaystyle I}$= стержень ротора

Скольжение асинхронного двигателя [ править ]

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, выраженная в скольжении 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 [ править ]

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

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]