Stator- und Rotorwicklungen elektrischer Wechselstrommaschinen

Wicklung eines elektrischen Produkts (Geräts) – eine Reihe von Spulen oder Spulen, die auf eine bestimmte Weise angeordnet und verbunden sind und dazu dienen, ein Magnetfeld zu erzeugen oder zu nutzen oder einen bestimmten Widerstandswert eines elektrischen Produkts (Geräts) zu erhalten. Wicklungsspule eines elektrischen Produkts (Geräts) – eine Spule eines elektrischen Produkts (Geräts) oder ein Teil davon, hergestellt als separate Baueinheit (GOST 18311-80).

Der Artikel befasst sich mit der Anordnung der Stator- und Rotorwicklungen elektrischer Maschinen mit Wechselstrom.

Räumliche Anordnung der Statorwicklungen:

Käfigläufer:

In Abb. ist schematisch ein Stator mit zwölf Nuten dargestellt, in denen jeweils ein Draht verlegt ist. 1, a. Die Verbindungen zwischen den Litzenleitern sind nur für eine der drei Phasen angegeben; der Beginn der Phasen A, B, C der Spule ist mit C1, C2, C3 gekennzeichnet; endet – C4, C5, C6.Die in den Kanälen verlegten Teile der Spule (der aktive Teil der Spule) werden üblicherweise in Form von Stäben dargestellt, und die Verbindungen zwischen den Drähten in den Nuten (Endverbindungen) werden als durchgezogene Linie dargestellt.

Der Statorkern hat die Form eines Hohlzylinders, bei dem es sich um einen Stapel oder eine Reihe von Stapeln (getrennt durch Lüftungskanäle) aus Elektroblechblechen handelt. Auf kleinen und mittelgroßen Maschinen wird jedes Blech in Form eines Rings mit Rillen am Innenumfang gestanzt. In Abb. In Abb. 1, b ist ein Statorblech mit Nuten einer der verwendeten Formen dargestellt.

Reis. 1. Die Lage der Wicklung in den Nuten des Stators und die Stromverteilung in den Drähten

Der Momentanwert des Stroms iA der ersten Phase sei zu einem bestimmten Zeitpunkt maximal und der Strom sei vom Anfang der Phase C1 bis zu ihrem Ende C4 gerichtet. Wir werden diesen Strom als positiv betrachten.

Bestimmen wir die Momentanströme in den Phasen als Projektion der rotierenden Vektoren auf die feste Achse ON (Abb. 1, c), erhalten wir, dass die Ströme der Phasen B und C zu einem bestimmten Zeitpunkt negativ sind, also gerichtet sind vom Ende der Phasen bis zum Anfang.

Lassen Sie es uns in Abb. nachzeichnen. 1d die Bildung eines rotierenden Magnetfeldes. Im betrachteten Moment ist der Strom der Phase A von Anfang bis Ende gerichtet, das heißt, wenn er uns in den Drähten 1 und 7 außerhalb der Zeichnungsebene verlässt, geht er in den Drähten 4 und 10 hinter die Ebene der Zeichnung an uns (siehe Abb. 1, a und d).

In Phase B fließt der Strom zu diesem Zeitpunkt vom Ende der Phase zu ihrem Anfang.Durch den Anschluss der Drähte der zweiten Phase gemäß dem Muster der ersten kann erreicht werden, dass der Strom der Phase B durch die Drähte 12, 9, 6, 3 fließt; Gleichzeitig verlässt uns der Strom durch die Drähte 12 und 6 außerhalb der Zeichenebene und durch die Drähte 9 und 3 zu uns. Anhand der Stichprobe aus Phase B erhalten wir ein Bild der Stromverteilung in Phase C.

Die Richtungen der Ströme sind in Abb. angegeben. 1, d; gestrichelte Linien zeigen die durch die Statorströme erzeugten magnetischen Feldlinien; Die Richtungen der Linien werden durch die rechte Schraubenregel bestimmt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Drähte vier Gruppen mit gleichen Stromrichtungen bilden und die Anzahl der 2p-Pole des Magnetsystems vier beträgt. Die Bereiche des Stators, in denen die magnetischen Linien den Stator verlassen, sind die Nordpole, und die Bereiche, in denen die magnetischen Linien in den Stator eintreten, sind die Südpole. Ein von einem Pol besetzter Bogen eines Statorkreises wird als Polteilung bezeichnet.

Das Magnetfeld ist an verschiedenen Stellen am Statorumfang unterschiedlich. Das Muster der Magnetfeldverteilung entlang des Statorumfangs wiederholt sich periodisch bei jeder Zweipoltrennung. Bogenwinkel 2 wird als 360 elektrische Grad angenommen. Da es p Doppelpolteilungen um den Umfang des Stators gibt, entsprechen 360 geometrische Grad 360p elektrischen Grad und ein geometrischer Grad entspricht p elektrischen Grad.

In Abb. 1d zeigt die magnetischen Linien für einen bestimmten festen Zeitpunkt. Wenn wir das Bild des Magnetfelds mehrere aufeinanderfolgende Momente lang betrachten, können wir sicherstellen, dass sich das Feld mit konstanter Geschwindigkeit dreht.

Lassen Sie uns die Rotationsgeschwindigkeit des Feldes ermitteln.Nach einer Zeit, die der halben Periode des Wechselstroms entspricht, kehren sich die Richtungen aller Ströme um, wodurch sich die Magnetpole umkehren, d. h. in der halben Periode dreht sich das Magnetfeld um den Bruchteil einer Umdrehung. Die Drehzahl des Statormagnetfeldes, also die Synchrondrehzahl, beträgt (in Umdrehungen pro Minute)

Die Anzahl p der Polpaare kann nur eine ganze Zahl sein, daher kann bei einer Frequenz von beispielsweise 50 Hz die Synchrondrehzahl gleich 3000 sein; 1500; 1000 U/min usw.

Reis. 2. Detailliertes Diagramm einer dreiphasigen einschichtigen Wicklung

Die Wicklungen einer Wechselstrommaschine lassen sich in drei Gruppen einteilen:

1) Rolle an Rolle;

2) Kern;

3) speziell;

Zu den Spezialspulen gehören:

(a) Kurzschluss in Form eines Käfigläufers;

b) Wicklung eines Asynchronmotors mit Umschaltung auf eine andere Polzahl;

c) Wicklung eines Asynchronmotors mit Gegenverbindungen usw.

Zusätzlich zu der oben genannten Unterteilung unterscheiden sich Spulen in einer Reihe weiterer Merkmale, nämlich:

1) nach der Art der Ausführung – manuell, gemustert und halbgemustert;

2) nach Lage in der Nut – einschichtig und zweischichtig;

3) durch die Anzahl der Schlitze pro Pol und Phase – Wicklungen mit einer ganzen Zahl q Schlitze pro Pol und Phase und Wicklungen mit einer Bruchzahl q.

Eine Spule ist ein Stromkreis, der aus zwei in Reihe geschalteten Drähten besteht. Ein Abschnitt oder eine Wicklung ist eine Reihe von in Reihe geschalteten Windungen, die sich in zwei Schlitzen befinden und eine gemeinsame Isolierung vom Körper haben.

Der Abschnitt hat zwei aktive Seiten. Die linke aktive Seite wird als Abschnittsanfang (Spule) und die rechte Seite als Abschnittsende bezeichnet. Der Abstand zwischen den aktiven Seiten des Abschnitts wird Abschnittsabstand genannt. Sie kann entweder anhand der Anzahl der Zinken oder in Teilen der Polteilungen gemessen werden.

Die Teilung des Abschnitts heißt diametral, wenn sie gleich der Polteilung ist, und abgeschnitten, wenn sie kleiner als die Polteilung ist, da die Teilung des Abschnitts nicht größer als die Polteilung ist.

Eine charakteristische Größe, die die Funktion der Spule bestimmt, ist die Anzahl der Nuten pro Pol und Phase, d. h. die Anzahl der von der Wicklung jeder Phase innerhalb einer Polteilung belegten Schlitze:

wobei z die Anzahl der Statorschlitze ist.

Die in Abb. dargestellte Spule. 1, a, hat die folgenden Daten:

Selbst bei dieser einfachsten Spule erweist sich die räumliche Zeichnung der Drähte und ihrer Verbindungen als kompliziert, weshalb sie üblicherweise durch ein erweitertes Diagramm ersetzt wird, bei dem die Wicklungsdrähte nicht auf einer zylindrischen Oberfläche, sondern auf einer Ebene (einem Zylinder) dargestellt werden Oberfläche mit Rillen und einer Spule „entfaltet sich in einer Ebene“). In Abb. 2 ist ein detailliertes Diagramm der betrachteten Statorwicklung.

In der vorherigen Abbildung wurde der Einfachheit halber gezeigt, dass ein Teil der Phase A der in den Nuten 1 und 4 platzierten Wicklung nur aus zwei Drähten, also einer Windung, besteht. Tatsächlich besteht jeder solche Teil der Wicklung, der auf einen Pol fällt, aus w Windungen, das heißt, in jedem Nutpaar sind w Drähte angeordnet, die zu einer Wicklung zusammengefasst sind. Daher ist es beim Umgehen nach dem erweiterten Schema, beispielsweise Phase A von Schlitz 1, erforderlich, die Schlitze 1 und 4 w-mal zu umgehen, bevor zu Schlitz 7 übergegangen wird. Der Abstand zwischen den Seiten der Windung einer Wicklung oder eines Wicklungsschritts , y ist in Abb. dargestellt. 1, d; wird normalerweise in Form der Anzahl der Kanäle ausgedrückt.

Reis. 3. Asynchronmaschinenschild

In Abb. dargestellt.In den Abbildungen 1 und 2 wird die Statorwicklung als einschichtig bezeichnet, da sie in einer Schicht in jede Nut passt. Um die sich kreuzenden Vorderteile in einer Ebene zu platzieren, werden sie auf verschiedenen Oberflächen gebogen (Abb. 2, b). Einschichtige Wicklungen werden mit einem Schritt hergestellt, der dem Abstand der Pole entspricht (Abb. 2, a), oder dieser Schritt entspricht im Durchschnitt dem Abstand der Pole für verschiedene Wicklungen derselben Phase, wenn y > 1, y< 1... Heutzutage sind Doppelschichtspulen häufiger anzutreffen.

Der Anfang und das Ende jeder der drei Phasen der Wicklung sind auf der Maschinentafel angegeben, wo sich sechs Klemmen befinden (Abb. 3). An den oberen Anschlüssen C1, C2, SZ (dem Phasenanfang) werden drei lineare Drähte eines Drehstromnetzes angeschlossen. Die unteren Klemmen C4, C5, C6 (die Enden der Phasen) werden entweder mit zwei horizontalen Brücken an einem Punkt verbunden, oder jede dieser Klemmen wird mit einer vertikalen Brücke verbunden, wobei die obere Klemme darüber liegt.

Im ersten Fall bilden die drei Phasen des Stators eine Sternschaltung, im zweiten eine Dreieckschaltung. Ist beispielsweise eine Phase des Stators für eine Spannung von 220 V ausgelegt, so muss die Netzspannung des Netzes, an das der Motor angeschlossen ist, 220 V betragen, wenn der Stator mit Dreieck geschaltet ist; Bei Sternschaltung sollte die Netzspannung gleich sein

Wenn der Stator in Sternschaltung angeschlossen ist, wird der Neutralleiter nicht mit Strom versorgt, da der Motor eine symmetrische Last zum Netzwerk darstellt.

Der Rotor einer Induktionsmaschine besteht aus gestanzten Blechen aus isoliertem Elektrostahl auf einer Welle oder einer speziellen Tragkonstruktion. Das radiale Spiel zwischen Stator und Rotor ist so klein wie möglich, um einen geringen Widerstand im Weg des magnetischen Flusses durch beide Teile der Maschine zu gewährleisten.

Der kleinste, durch die technologischen Anforderungen zugelassene Spalt liegt je nach Leistung und Abmessungen der Maschine zwischen einem Zehntel Millimeter und mehreren Millimetern. Die Leiter der Rotorwicklung befinden sich in den Schlitzen entlang des Rotors, die sich direkt auf seiner Oberfläche bilden, um den größtmöglichen Kontakt der Rotorwicklung mit dem Drehfeld zu gewährleisten.

Induktionsmaschinen werden sowohl mit Phasen- als auch mit Käfigläufern hergestellt.

Reis. 4. Phasenrotor

Ein Phasenrotor hat normalerweise eine dreiphasige Wicklung, die wie eine Statorwicklung aufgebaut ist und die gleiche Polzahl hat. Die Wicklung ist in Stern oder Dreieck geschaltet; Die drei Enden der Spule werden zu drei isolierten Schleifringen geführt, die sich mit der Maschinenwelle drehen. Über Bürsten, die am stationären Teil der Maschine montiert sind und auf Schleifringen gleiten, wird ein dreiphasiger Anlauf- oder Regelwiderstand mit dem Rotor verbunden, d. h. in jede Phase des Rotors wird ein aktiver Widerstand eingeführt. Die Außenansicht des Phasenrotors ist in Abb. dargestellt. In Abb. 4 sind am linken Ende der Welle drei Schleifringe sichtbar. Asynchronmotoren mit gewickeltem Rotor werden dort eingesetzt, wo eine sanfte Regelung der Drehzahl des Antriebsmechanismus erforderlich ist, sowie bei häufigen Anläufen des Motors unter Last.

Der Aufbau eines Käfigläufers ist wesentlich einfacher als der eines Phasenläufers. Für eines der Designs in FIG. 5a zeigt die Form der Bleche, aus denen der Rotorkern zusammengesetzt ist. In diesem Fall bilden Löcher nahe dem Außenumfang jedes Blechs Längskanäle im Kern. In diese Kanäle wird Aluminium gegossen, nach dessen Erstarrung bilden sich im Rotor längliche leitfähige Stäbe.An beiden Enden des Rotors werden gleichzeitig Aluminiumringe angegossen, die die Aluminiumstäbe kurzschließen. Das resultierende leitfähige System wird allgemein als Eichhörnchenzelle bezeichnet.

Reis. 5. Eichhörnchen-Zellenrotor

Ein Käfigrotor ist in Abb. dargestellt. 5 B. An den Enden des Rotors sind Belüftungsschaufeln zu sehen, die gleichzeitig mit Kurzkupplungsringen angegossen sind. In diesem Fall sind die Schlitze entlang des Rotors um eine Teilung abgeschrägt. Der Käfigläufer ist einfach, es gibt keine Schleifkontakte, daher sind dreiphasige asynchrone Käfigläufermotoren die billigsten, einfachsten und zuverlässigsten; sie kommen am häufigsten vor.