Enrolamentos do estator e do rotor de máquinas elétricas de corrente alternada

Enrolamento de um produto (dispositivo) elétrico — um conjunto de bobinas ou bobinas localizadas de uma determinada maneira e conectadas, destinadas a criar ou utilizar um campo magnético, ou para obter um determinado valor de resistência de um produto (dispositivo) elétrico. de um produto elétrico (dispositivo) - uma bobina de um produto elétrico (dispositivo) ou parte dele, feita como uma unidade estrutural separada (GOST 18311-80).

O artigo fala sobre o dispositivo dos enrolamentos do estator e do rotor de máquinas elétricas com corrente alternada.

Disposição espacial dos enrolamentos do estator:

Rotor gaiola de esquilo:

Um estator com doze slots, em cada um dos quais um fio é colocado, é mostrado esquematicamente na fig. 1, a. As conexões entre os condutores trançados são indicadas para apenas uma das três fases; o início das fases A, B, C da bobina são marcados C1, C2, C3; termina - C4, C5, C6.As partes da bobina colocadas nos canais (a parte ativa da bobina) são mostradas convencionalmente na forma de hastes, e as conexões entre os fios nas ranhuras (conexões finais) são mostradas como uma linha contínua.

O núcleo do estator tem a forma de um cilindro oco, que é uma pilha ou uma série de pilhas (separadas por dutos de ventilação) feitas de chapas de aço elétrico. Em máquinas de pequeno e médio porte, cada folha é estampada na forma de um anel com ranhuras ao longo da circunferência interna. Na fig. 1, b, é dada uma folha de estator com ranhuras de uma das formas utilizadas.

Arroz. 1. A localização do enrolamento nas ranhuras do estator e a distribuição de correntes nos fios

Deixe o valor instantâneo da corrente iA da primeira fase em um determinado ponto no tempo ser máximo e a corrente seja direcionada do início da fase C1 ao seu final C4. Vamos considerar essa corrente como positiva.

Determinando as correntes instantâneas nas fases como uma projeção dos vetores rotativos no eixo fixo ON (Fig. 1, c), obtemos que as correntes das fases B e C em um determinado momento são negativas, ou seja, são direcionadas desde o final das fases até o início.

Tracemo-lo na fig. 1d a formação de um campo magnético rotativo. No momento em questão, a corrente da fase A é direcionada do seu início ao fim, ou seja, se nos fios 1 e 7 ela nos deixa fora do plano do desenho, então nos fios 4 e 10 ela vai atrás do plano do desenho para nós (ver Fig. 1, aed).

Na fase B, a corrente neste ponto no tempo passa do final da fase para o seu início.Conectando os fios da segunda fase de acordo com a amostra da primeira, pode-se obter que a corrente da fase B passe pelos fios 12, 9, 6, 3; ao mesmo tempo, pelos fios 12 e 6, a corrente nos deixa fora do plano do desenho, e pelos fios 9 e 3 - para nós. Obtemos uma imagem da distribuição de correntes na fase C usando a amostra da fase B.

As direções das correntes são dadas na fig. 1, d; as linhas tracejadas mostram as linhas do campo magnético geradas pelas correntes do estator; as direções das linhas são determinadas pela regra do parafuso à direita. Pode-se ver na figura que os fios formam quatro grupos com as mesmas direções de corrente e o número de pólos 2p do sistema magnético é quatro. As regiões do estator onde as linhas magnéticas saem do estator são os pólos norte e as regiões onde as linhas magnéticas entram no estator são os pólos sul. Um arco de um círculo do estator ocupado por um polo é chamado de separação de polos.

O campo magnético em diferentes pontos da circunferência do estator é diferente. O padrão de distribuição do campo magnético ao longo da circunferência do estator é repetido periodicamente através de cada separação de dois pólos. Ângulo do arco 2 considerado como 360 graus elétricos. Como existem p divisões de pólo duplo ao redor da circunferência do estator, 360 graus geométricos são iguais a 360 p graus elétricos e um grau geométrico é igual a p graus elétricos.

Na fig. 1d mostra as linhas magnéticas para um determinado momento fixo no tempo. Se olharmos para a imagem do campo magnético por vários momentos consecutivos no tempo, podemos ter certeza de que o campo gira a uma velocidade constante.

Vamos encontrar a velocidade de rotação do campo.Após um tempo igual à metade do período da corrente alternada, os sentidos de todas as correntes são invertidos, devido ao que os pólos magnéticos são invertidos, ou seja, na metade do período o campo magnético gira uma fração de revolução. A velocidade de rotação do campo magnético do estator, ou seja, a velocidade síncrona, é (em revoluções por minuto)

O número p de pares de pólos só pode ser um número inteiro, portanto, em uma frequência de, por exemplo, 50 Hz, a velocidade síncrona pode ser igual a 3000; 1500; 1000rpm etc

Arroz. 2. Diagrama detalhado de um enrolamento trifásico de camada única

Os enrolamentos de uma máquina de corrente alternada podem ser divididos em três grupos:

1) bobina a bobina;

2) núcleo;

3) especial;

Bobinas especiais incluem:

(a) curto-circuito em forma de gaiola de esquilo;

b) enrolamento de um motor assíncrono com comutação para um número diferente de pólos;

c) enrolamento de um motor assíncrono com anticonexões, etc.

Além da divisão acima, as bobinas diferem em uma série de outras características, a saber:

1) pela natureza da execução — manual, estampada e semipadronizada;

2) por localização na ranhura - camada única e camada dupla;

3) pelo número de slots por pólo e fase — enrolamentos com número inteiro q slots por pólo e fase e enrolamentos com número fracionário q.

Uma bobina é um circuito formado por dois fios conectados em série. Uma seção ou enrolamento é uma série de voltas conectadas em série, localizadas em dois slots e com isolamento comum do corpo.

A seção tem dois lados ativos. O lado ativo esquerdo é chamado de início da seção (bobina) e o lado direito é chamado de final da seção. A distância entre os lados ativos da seção é chamada de passo da seção. Pode ser medido pelo número de pinos ou em partes das divisões do pólo.

O passo da seção é denominado diametral se for igual à divisão dos polos e truncado se for menor que a divisão dos polos, pois o passo da seção não é maior que a divisão dos polos.

Uma quantidade característica que determina a operação da bobina é o número de slots por pólo e fase, ou seja, o número de slots ocupados pelo enrolamento de cada fase dentro de uma divisão de pólo:

onde z é o número de slots do estator.

A bobina mostrada na fig. 1, a, tem os seguintes dados:

Mesmo para esta bobina mais simples, o desenho espacial dos fios e suas conexões acaba sendo complicado, por isso geralmente é substituído por um diagrama expandido, onde os fios do enrolamento são representados não em uma superfície cilíndrica, mas em um plano (um cilindro superfície com sulcos e uma bobina "desdobra » em um plano). Na fig. 2 é um diagrama detalhado do enrolamento do estator considerado.

Na figura anterior, para simplificar, foi mostrado que parte da fase A do enrolamento colocado nas ranhuras 1 e 4 consiste em apenas dois fios, ou seja, uma volta. Na verdade, cada parte do enrolamento que cai em um pólo consiste em w voltas, ou seja, em cada par de ranhuras w fios são colocados, combinados em um enrolamento. Portanto, ao desviar de acordo com o esquema estendido, por exemplo, a fase A do slot 1, é necessário contornar os slots 1 e 4 w antes de passar para o slot 7. A distância entre os lados da volta de um enrolamento ou passo de enrolamento , y é mostrado na fig. 1, d; geralmente expressa em termos de número de canais.

Arroz. 3. Blindagem da máquina assíncrona

Mostrado na fig.1 e 2, o enrolamento do estator é chamado de camada única, pois se encaixa em cada ranhura em uma camada.Para colocar as partes frontais que se cruzam em um plano, elas são dobradas em superfícies diferentes (Fig. 2, b). Os enrolamentos de camada única são feitos com um passo igual à separação dos pólos (Fig. 2, a), ou este passo é igual em média à separação dos pólos para diferentes enrolamentos da mesma fase, se y> 1, y< 1... Em nossos dias, bobinas de camada dupla são mais comuns.

O início e o fim de cada uma das três fases do enrolamento são indicados no painel da máquina, onde existem seis grampos (Fig. 3). Três fios lineares de uma rede trifásica são conectados aos terminais superiores C1, C2, SZ (o início das fases). Os grampos inferiores C4, C5, C6 (as extremidades das fases) são conectados a um ponto com dois jumpers horizontais ou cada um desses grampos é conectado a um jumper vertical com o grampo superior acima dele.

No primeiro caso, as três fases do estator formam uma conexão em estrela, no segundo - uma conexão em delta. Se, por exemplo, uma fase do estator for projetada para uma tensão de 220 V, a tensão da linha da rede à qual o motor está conectado deve ser de 220 V, se o estator estiver conectado em delta; quando conectado com uma estrela, a tensão da linha de rede deve ser

Quando o estator é conectado em estrela, o fio neutro não é energizado porque o motor é uma carga simétrica à rede.

O rotor de uma máquina de indução é feito de chapas estampadas de aço elétrico isolado em um eixo ou em uma estrutura de suporte especial. A folga radial entre o estator e o rotor é a menor possível para garantir baixa resistência no caminho do fluxo magnético que penetra em ambas as partes da máquina.

A menor folga permitida pelos requisitos tecnológicos é de um décimo de milímetro a vários milímetros, dependendo da potência e das dimensões da máquina. Os condutores do enrolamento do rotor estão localizados nas ranhuras ao longo do rotor formando diretamente em sua superfície para garantir o maior contato do enrolamento do rotor com o campo rotativo.

As máquinas de indução são fabricadas com rotores de fase e gaiola de esquilo.

Arroz. 4. Rotor de fase

Um rotor de fase geralmente possui um enrolamento trifásico, feito como um enrolamento do estator, com o mesmo número de pólos. O enrolamento é conectado em estrela ou triângulo; as três pontas da bobina são conduzidas a três anéis coletores isolados que giram com o eixo da máquina. Através de escovas montadas na parte estacionária da máquina e deslizantes em anéis coletores, um reostato trifásico de partida ou regulagem é conectado ao rotor, ou seja, uma resistência ativa é introduzida em cada fase do rotor. A vista externa do rotor de fase é mostrada na fig. 4, três anéis coletores são visíveis na extremidade esquerda do eixo. Os motores assíncronos com rotor bobinado são usados ​​onde é necessária uma regulação suave da velocidade do mecanismo de acionamento, bem como em partidas frequentes do motor sob carga.

O projeto de um rotor de gaiola de esquilo é muito mais simples do que o de um rotor de fase. Para um dos projetos na FIG. 5a mostra a forma das folhas a partir das quais o núcleo do rotor é montado. Neste caso, furos próximos à circunferência externa de cada folha formam canais longitudinais no núcleo. O alumínio é derramado nesses canais, após sua solidificação, hastes condutoras longitudinais são formadas no rotor.Em ambas as extremidades do rotor, anéis de alumínio são fundidos simultaneamente, o que causa um curto-circuito nas hastes de alumínio. O sistema condutivo resultante é comumente chamado de célula de esquilo.

Arroz. 5. Rotor de célula de esquilo

Um rotor de gaiola é mostrado na fig. 5 B. Nas extremidades do rotor, podem ser vistas pás de ventilação fundidas simultaneamente com anéis de acoplamento curto. Neste caso, as ranhuras são chanfradas por uma divisão ao longo do rotor. A gaiola de esquilo é simples, não há contatos deslizantes, portanto, os motores trifásicos assíncronos de gaiola de esquilo são os mais baratos, simples e confiáveis; eles são os mais comuns.