Campo magnético de un motor asíncrono. ¿Qué es un estator y un rotor y en qué se diferencian?

Hay varias clases de convertidores eléctricos, entre los cuales uso práctico encontró los llamados análogos inductivos. En ellos, la conversión de energía ocurre debido a la conversión de la inducción de los devanados, que son parte integral de la unidad misma. Los devanados están ubicados en dos elementos: en el estator y el rotor. Entonces, ¿cuál es la diferencia entre un estator y un rotor (¿qué son y cuáles son sus funciones?).

De esta forma, la carga eléctrica máxima se reduce a un tercio, el consumo de energía sigue siendo el mismo. A los compradores de electricidad, como los parques de atracciones, se les suele cobrar según su carga máxima en Europa y pueden reducir significativamente sus costes operativos almacenando energía. Como fuente, utilizó un conjunto de 320 celdas galvánicas. Debido al alto precio de la batería, tuvo que dejar de intentarlo. Hoy no podemos prescindir de los motores eléctricos, se usan en casi todas partes.

La definición más simple de las dos partes de un transductor es su funcionalidad. Aquí todo es simple: el estator (motor eléctrico o generador) es una parte fija, el rotor es móvil. En la mayoría de los casos, este último se encuentra dentro del primero, y hay un pequeño espacio entre ellos. Existen las llamadas unidades con un rotor externo, que es un anillo giratorio, dentro del cual hay un estator fijo.

Los motores eléctricos son máquinas que convierten energía eléctrica en energía mecánica. La energía se desperdicia en calor Joule, corrientes de Foucault, histéresis, chispas, etc. todo motor eléctrico consta de una parte fija llamada estator y una parte móvil llamada rotor o armadura que gira dentro del estator. salto a la comba electricidad a través del devanado del estator y del devanado del rotor, se forman dos campos magnéticos, que interactúan entre sí con fuerzas de atracción y repulsión, de modo que el rotor gira.

Los motores eléctricos asíncronos se encuentran entre los motores más utilizados. El estator tiene la forma de un cilindro hueco, que consta de láminas especiales de aproximadamente 0,5 mm de espesor, que están aisladas con pintura o pintura. En las ranuras ubicadas alrededor de la periferia del estator, se proporciona un aislamiento de tres vueltas de conductores aislados de cobre o aluminio, a través de los cuales fluye una corriente alterna trifásica. El rotor consta de las mismas placas y tiene la forma de un cilindro completo. Hay ranuras en su superficie y se inserta un devanado trifásico, similar al devanado del estator, o se insertan varillas de cobre desnudas en las ranuras, que están conectadas en ambos extremos con anillos de cobre.

Tipos de convertidores

¿Por qué es tan importante considerar las vistas para comprender en qué se diferencia el estator de un motor eléctrico de su parte móvil? El punto es que caracteristicas de diseño Los motores eléctricos tienen mucho, lo mismo se aplica a los generadores (estos son convertidores energía mecánica en eléctrico, los motores eléctricos tienen la funcionalidad opuesta).

Los devanados del ancla están hechos de varillas de metal altamente conductoras, que se fijan brevemente en los extremos del ancla. El devanado se asemeja a una jaula y se denomina ancla o ancla. El campo magnético giratorio del estator provoca corrientes significativas en el devanado del ancla. Según la ley de Lenz, hay fuerzas magnéticas actuando sobre los conductores de anclaje, y el anclaje gira en la dirección de rotación campo magnético. Sin embargo, el rotor no puede girar a la misma frecuencia que el campo. Decimos que tiene un fallo definitivo.

Sin embargo, con el aumento de la velocidad del rotor, la diferencia en la velocidad del rotor y el campo magnético giratorio disminuirán gradualmente, pero también reducirán la velocidad de cruce de la cuerda de las líneas inductivas, reduciendo así la corriente inducida y los efectos de fuerza del campo magnético giratorio. campo, y la velocidad del rotor a partir de un cierto punto en el tiempo ya no aumentará. El rotor no corre paralelo al campo magnético giratorio.

Entonces, los motores eléctricos se dividen en CA y corriente continua. Los primeros, a su vez, se dividen en síncronos, asíncronos y colectores. Para el primero, la velocidad angular de rotación del estator y el rotor son iguales. En el segundo, estos dos indicadores son desiguales. En los tipos de colectores, existe el llamado convertidor de frecuencia y el número de fases de un tipo mecánico en el diseño, que se denomina colector. De ahí el nombre de la unidad. Es él quien está conectado directamente con los devanados del rotor del motor y su estator.

Animación de trifásico Motor de inducción. El aluminio no es un material ferromagnético, por lo que su rotación no se puede explicar de la misma forma que la rotación de un imán. En un campo magnético giratorio, se inducen diferentes voltajes en diferentes partes del cilindro de aluminio. Los cilindros comienzan a estar sujetos a las llamadas corrientes de Foucault, que en un campo magnético giratorio crean una fuerza que hace girar el cilindro. Esto es mayor, cuanto mayor sea la velocidad del motor es más lenta que la velocidad del campo magnético giratorio.

Por ello, se trata de un motor de inducción cuyo motor no tiene velocidad síncrona. Su velocidad varía en función de la carga. Al cambiar los cables bifásicos en las terminales del motor, la dirección de rotación del campo giratorio se invierte y el motor gira en la dirección opuesta. Por diseño, los motores de inducción se pueden modificar a motores de inducción monofásicos, que son adecuados para pequeños electrodomésticos como lavadoras.

Las máquinas de CC en el rotor tienen el mismo colector. Pero en el caso de los generadores, realiza las funciones de un convertidor, y en el caso de los motores eléctricos, las funciones de un inversor.

Si una unidad eléctrica es una máquina en la que solo gira el rotor, entonces su nombre es unidimensional. Si dos elementos giran en direcciones opuestas a la vez, este aparato se llama bidimensional o birrotativo.

La gran importancia práctica de las corrientes trifásicas permite diseñar motores eléctricos simples y potentes que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. Se basan en el movimiento de conductores por los que pasa una corriente eléctrica en un campo magnético, que es impulsado por una corriente en el devanado del estator.

Considere la situación en la Fig. Tres bobinas cuyos ejes forman un ángulo entre sí y cuyos devanados están conectados a una estrella. Estas bobinas están conectadas a voltaje trifásico de otra fuente. La corriente que pasa por las bobinas crea un campo magnético entre ellas. Si ponemos un imán en este campo, comenzará a girar a la misma frecuencia que la corriente alterna. El imán gira sincrónicamente con el campo magnético. La rotación de un campo magnético es un campo magnético cuyo vector de inducción magnética cambia periódicamente. Hay un campo magnético giratorio aquí.

Motores asíncronos

Para comprender los conceptos del rotor del motor y su estator, es necesario considerar uno de los tipos de máquinas de conversión eléctrica. Dado que los motores eléctricos asíncronos se utilizan con mayor frecuencia en equipos de producción y electrodomésticos, entonces vale la pena considerarlos.

El punto final del vector de inducción magnética se mueve en un círculo. En la fig. 186 muestra el tiempo de la corriente de la bobina en la parte superior e inferior del campo magnético giratorio. De manera similar, puede encontrar la dirección de las líneas de inducción en otros puntos de tiempo. Motor eléctrico trifásico tiene dos partes principales.

Estator: tiene un diseño similar al del estator del generador. Rotor: un cilindro de láminas de acero ranuradas en las que se instalan los devanados. Se utiliza el llamado devanado separador, que se crea, por ejemplo, vertiendo aluminio fundido en las ranuras. Su solidificación crea una jaula conductora de fuertes varillas de aluminio, que están conectadas a la cabeza del rotor con anillos de aluminio. El devanado del ancla tiene una resistencia despreciable y un motor con este tipo de rotor se denomina motor de manga corta.

Entonces, ¿qué es un motor asíncrono? Suele ser una caja de hierro fundido en la que se presiona el circuito magnético. Se hacen ranuras especiales en él, donde encaja el devanado del estator, ensamblado con alambre de cobre. Las ranuras están desplazadas entre sí 120º, por lo que solo hay tres. Forman tres fases.

El rotor, a su vez, es un cilindro ensamblado a partir de láminas de acero (acero eléctrico estampado), y montado sobre un eje de acero, el cual, a su vez, se instala en cojinetes al ensamblar el motor eléctrico. Dependiendo de cómo estén ensamblados los devanados de fase de la unidad, los rotores del motor pueden estar en fase o en cortocircuito.

No hay conductores para el rotor. Este rotor es como una jaula para Ježek en una jaula, un misterio que aparece en los libros de Jaroslav Foglar. Debido a la pequeña resistencia del ancla, el campo magnético giratorio induce grandes corrientes en el devanado. Esto da como resultado una gran fuerza magnética que hace que el rotor gire. Sin embargo, la armadura no gira a la frecuencia del campo magnético giratorio. Si este fuera el caso, no habría cambio en el flujo magnético del devanado inducido por la corriente y por lo tanto desaparecería la causa de la rotación.

Es necesario que la armadura se mueva en relación con el campo magnético giratorio, es decir "Siente" un campo magnético no estacionario. Si giraba sincrónicamente, "sentía" el campo estacionario. Si se utiliza un imán como rotor, se produce una rotación síncrona para crear un motor síncrono.

Un rotor de fase es un cilindro sobre el que se montan bobinas, desplazadas entre sí 120º. Al mismo tiempo, se instalan tres anillos colectores en su diseño, que no entran en contacto ni con el eje ni entre sí. Por un lado, los extremos de tres devanados están unidos a los anillos y, por el otro, las escobillas de grafito, que están en contacto deslizante con respecto a los anillos. Un ejemplo de una máquina de este tipo son los motores de grúa con un rotor de fase.
El rotor de jaula de ardilla se ensambla a partir de varillas de cobre que encajan en las ranuras. Al mismo tiempo, están conectados por un anillo especial de cobre.

A diferencia de la rotación síncrona del imán, el ancla trifásica del motor eléctrico siempre gira a una frecuencia más baja, lo que se denomina de forma asíncrona. Estos motores se denominan motores asíncronos trifásicos. El valor característico de motor asincrónico, se llama deslizamiento c y está determinado por la relación en la que la velocidad de rotación del mg giratorio. campo y velocidad del rotor. El deslizamiento se puede expresar como un porcentaje.

Si la armadura no supera ninguna resistencia durante la rotación, es decir, cuando el dispositivo está en modo de espera, el deslizamiento es pequeño y el devanado del ancla pasa a través de una pequeña corriente. Cuando el motor está cargado, el deslizamiento aumenta, el devanado induce más corriente y la rotación del rotor se mantiene con más fuerza magnética.

A diferencia de la rotación síncrona del imán, el ancla trifásica del motor eléctrico siempre gira a una frecuencia más baja, lo que se denomina de forma asíncrona. Estos motores se denominan motores asíncronos trifásicos. El valor característico de un motor eléctrico asíncrono se denomina deslizamiento c y está determinado por la relación en la que la velocidad de rotación del mg rotatorio. campo y velocidad del rotor. El deslizamiento se puede expresar como un porcentaje.

El motor eléctrico asíncrono con rotor de fase es propietario de grandes dimensiones y peso. Pero tiene excelentes propiedades con respecto a los pares de arranque y ajuste. Los motores con rotor de jaula de ardilla se consideran los más confiables en la actualidad. Tienen un diseño simple y, por lo tanto, son baratos. Su único inconveniente es la gran corriente de arranque, que ahora se combate conectando los devanados del estator de una estrella a un delta. Es decir, el inicio se realiza cuando está conectado por una estrella, después de un conjunto de revoluciones, se realiza un cambio a delta.

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El artículo habla sobre el dispositivo de los devanados del estator y el rotor. Maquinas electricas corriente alterna.

Un estator con doce ranuras, cada una de las cuales contiene un conductor, se muestra esquemáticamente en la Fig. 1, un. Las conexiones entre conductores colocados en ranuras están indicadas para una sola de las tres fases; el comienzo de las fases A, B, C del devanado se denominan C1, C2, C3; extremos - C4, C5, C6. Partes del devanado colocadas en las ranuras (la parte activa del devanado) se muestran convencionalmente en forma de varillas, y las conexiones entre los conductores en las ranuras (conexiones finales) se muestran como una línea continua.

El núcleo del estator tiene la forma de un cilindro hueco, que es un paquete o una serie de paquetes (separados por conductos de ventilación) de láminas de acero eléctrico. Para máquinas de pequeña y mediana potencia, cada hoja se estampa en forma de anillo con ranuras a lo largo de la circunferencia interior. En la fig. 1b muestra una hoja de estator con ranuras de una de las formas utilizadas.

Arroz. 1. La ubicación del devanado en las ranuras del estator y la distribución de corrientes en los conductores.

Sea máximo el valor instantáneo de la corriente iA de la primera fase en algún momento y se dirija la corriente desde el principio de la fase C1 hasta su final C4. Consideraremos esta corriente como positiva.

Definiendo las corrientes instantáneas en las fases como proyecciones de vectores giratorios sobre el eje fijo ON (Fig. 1, c), encontramos que las corrientes de las fases B y C son negativas en un momento dado, es decir, están dirigidas desde los extremos de las fases a los inicios.

Sigamos la Fig. 1, d formación de un campo magnético giratorio. En el momento considerado, la corriente de la fase A se dirige desde su principio hasta el final, es decir, si en los conductores 1 y 7 va desde nosotros más allá del plano del dibujo, entonces en los conductores 4 y 10 va desde detrás del plano del dibujo para nosotros (ver. Fig. 1, a y d).

En la fase B, la corriente en este momento va desde el final de la fase hasta su comienzo. Conectando los conductores de la segunda fase según el modelo de la primera, se puede obtener que la corriente de la fase B pase por los conductores 12, 9, 6, 3; al mismo tiempo, a través de los conductores 12 y 6, la corriente fluye desde nosotros más allá del plano del dibujo, ya través de los conductores 9 y 3, hacia nosotros. El cuadro de la distribución de corrientes en la fase C se obtendrá según la muestra de la fase B.

Las direcciones de las corrientes se dan en la fig. 1,d; las líneas discontinuas muestran las líneas magnéticas del campo creado por las corrientes del estator; las direcciones de las líneas están determinadas por la regla del tornillo derecho. Se puede ver en la figura que los conductores forman cuatro grupos con las mismas direcciones de corriente y el número de polos 2p del sistema magnético es cuatro. Las áreas del estator por donde salen las líneas magnéticas son los polos norte, y las áreas por donde entran las líneas magnéticas al estator son los polos sur. El arco del círculo del estator, ocupado por un polo, se llama división de polos.

El campo magnético en diferentes puntos de la circunferencia del estator es diferente. La imagen de la distribución del campo magnético a lo largo de la circunferencia del estator se repite periódicamente después de cada doble división polar 2τ; El ángulo de arco 2τ se toma como 360 grados eléctricos. Dado que existen p divisiones polares dobles a lo largo de la circunferencia del estator, 360 grados geométricos equivalen a 360p grados eléctricos y un grado geométrico equivale a p grados eléctricos.

En la fig. 1d muestra las líneas magnéticas para algún momento fijo de tiempo. Si consideramos la imagen del campo magnético durante varios momentos de tiempo sucesivos, podemos ver que el campo gira a una velocidad constante.

Encontremos la velocidad de rotación del campo. Después de un tiempo igual a la mitad del período de la corriente alterna, las direcciones de todas las corrientes cambian al contrario, por lo que los polos magnéticos cambian de lugar, es decir, en la mitad del período, el campo magnético gira en una parte de la revolución igual a 1 /2ρ. En un período de corriente alterna, el campo gira 1/ρ de vuelta. Luego, en un segundo, el campo realiza revoluciones de 1/ρ, donde f es la frecuencia de la corriente alterna. Por lo tanto, la velocidad de rotación del campo magnético del estator, es decir, la velocidad sincrónica, es (en revoluciones por minuto)

El número p de pares de polos solo puede ser entero, por lo que a una frecuencia de, por ejemplo, 50 Hz, la velocidad sincrónica puede ser 3000; 1500; 1000 rpm, etc

Arroz. 2. Diagrama detallado de un devanado monocapa trifásico

Una cantidad característica que determina el rendimiento del devanado es el número de ranuras por polo y fase, es decir, el número de ranuras ocupadas por el devanado de cada fase dentro de una división de polos:

donde z es el número de ranuras del estator.

El devanado mostrado en la fig. 1a tiene los siguientes datos:

Incluso para este devanado más simple, el dibujo espacial de los conductores y sus conexiones resulta ser complejo, por lo que generalmente se reemplaza por un diagrama ampliado, donde los conductores del devanado se representan como ubicados no en una superficie cilíndrica, sino en un plano ( una superficie cilíndrica con ranuras y un devanado se "despliega" en un plano). En la fig. 2, y se proporciona un diagrama detallado del devanado del estator considerado.

En la figura anterior, por simplicidad, se mostró que parte de la fase A del devanado, colocada en las ranuras 1 y 4, consta de solo dos conductores, es decir, de una sola vuelta. En realidad, cada parte del devanado por polo consta de w vueltas, es decir, cada par de ranuras contiene w conductores combinados en una bobina. Por lo tanto, al omitir en un esquema ampliado, por ejemplo, la fase A desde la ranura 1, debe omitir las ranuras 1 y 4 w veces antes de pasar a la ranura 7. La distancia entre los lados de la vuelta de una bobina o el devanado paso, y se muestra en la fig. 1, d; generalmente se expresa en número de ranuras.

Arroz. 3. escudo máquina asíncrona

Mostrado en la fig. 1 y 2, el devanado del estator se denomina de una sola capa, ya que encaja en cada ranura en una capa. Para colocar las partes frontales que se cruzan en el plano, se doblan a lo largo de diferentes superficies (Fig. 2, b). Los devanados de una sola capa se fabrican con un paso igual a la división de polos. y = τ: (Fig. 2, a), o este paso es igual a la división de polos promedio para diferentes bobinas de la misma fase, si y > 1 , y . Actualmente, los devanados de doble capa son más comunes.

El inicio y el final de cada una de las tres fases del devanado se muestran en el escudo de la máquina, donde se encuentran seis pinzas (Fig. 3). Tres hilos lineales de red trifásica. Las abrazaderas inferiores C4, C5, C6 (extremos de fase) están conectadas en un punto por dos puentes horizontales, o cada una de estas abrazaderas está conectada por un puente vertical a la abrazadera superior que se encuentra encima.

En el primer caso, las tres fases del estator forman una conexión en estrella, en el segundo caso, una conexión en triángulo. Si, por ejemplo, una fase del estator está diseñada para una tensión de 220 V, entonces linea de voltaje la red a la que está conectado el motor debe ser de 220 V si el estator está encendido por un triángulo; cuando está encendido por una estrella, el voltaje de línea de la red debe ser

Al conectar el estator con una estrella, el cable neutro no se alimenta, ya que el motor es una carga simétrica para la red.

El rotor de una máquina asíncrona se ensambla a partir de láminas estampadas de acero eléctrico aislado en un eje o en una estructura de soporte especial. El espacio radial entre el estator y el rotor se hace lo más pequeño posible para garantizar una baja resistencia magnética en la trayectoria del flujo magnético que penetra en ambas partes de la máquina.

El desnivel más pequeño permitido por los requisitos tecnológicos es de décimas de milímetro a varios milímetros, dependiendo de la potencia y las dimensiones de la máquina. Los conductores del devanado del rotor se colocan en ranuras a lo largo de las generatrices del rotor directamente en su superficie para asegurar la mayor conexión entre el devanado del rotor y el campo giratorio.

Las máquinas asíncronas se fabrican tanto con fase como con rotor de jaula de ardilla.

Arroz. 4. Rotor de fase

El rotor de fase tiene, por regla general, devanado trifásico, realizado, como un estator, con el mismo número de polos. El devanado está conectado por una estrella o un triángulo; los tres extremos del devanado se llevan a tres anillos deslizantes aislados que giran con el eje de la máquina. A través de las escobillas montadas en la parte estacionaria de la máquina y deslizando a lo largo de los anillos rozantes, se incluye en el rotor un reóstato trifásico de arranque o ajuste, es decir, se introduce resistencia activa en cada fase del rotor. Apariencia rotor de fase se muestra en la fig. 4, se ven tres anillos deslizantes en el extremo izquierdo del eje. Los motores asíncronos con rotor de fase se utilizan cuando se requiere un control suave de la velocidad del mecanismo accionado, así como con arranques frecuentes del motor bajo carga.

El diseño de un rotor de jaula de ardilla es mucho más simple que el de un rotor de fase. Para una de las estructuras de la Fig. 5, a muestra la forma de las láminas a partir de las cuales se ensambla el núcleo del rotor. En este caso, los agujeros cerca de la circunferencia exterior de cada lámina forman ranuras longitudinales en el núcleo. El aluminio se vierte en estas ranuras, después de que se endurece, se forman varillas conductoras longitudinales en el rotor. En ambos extremos del rotor, los anillos de aluminio se funden al mismo tiempo, cortocircuitando las varillas de aluminio. El sistema conductor resultante suele denominarse jaula de ardilla.

Arroz. 5. Rotor de jaula de ardilla

El rotor de jaula de ardilla de jaula de ardilla se muestra en la fig. 5B. En los extremos del rotor, las paletas de ventilación son visibles, fundidas integralmente con los anillos de cortocircuito. En este caso, las ranuras están biseladas por una división de ranuras a lo largo del rotor. El de jaula de ardilla es sencillo, no tiene contactos deslizantes, por lo que los motores asíncronos trifásicos con rotor en jaula de ardilla son los más baratos, sencillos y fiables; son los más comunes.