Avvolgimenti di statore e rotore di macchine elettriche a corrente alternata

Avvolgimento di un prodotto elettrico (dispositivo): un insieme di bobine o bobine posizionate in un certo modo e collegate, progettate per creare o utilizzare un campo magnetico o per ottenere un determinato valore di resistenza di un prodotto elettrico (dispositivo). di un prodotto elettrico (dispositivo) - una bobina di un prodotto elettrico (dispositivo) o parte di esso, realizzata come unità strutturale separata (GOST 18311-80).

L'articolo parla del dispositivo dello statore e degli avvolgimenti del rotore delle macchine elettriche con corrente alternata.

Disposizione spaziale degli avvolgimenti dello statore:

Rotore a gabbia di scoiattolo:

In fig. 1, un. I collegamenti tra i conduttori a trefoli sono indicati solo per una delle tre fasi; l'inizio delle fasi A, B, C della bobina è contrassegnato con C1, C2, C3; finisce - C4, C5, C6.Le parti della bobina posate nei canali (la parte attiva della bobina) sono convenzionalmente mostrate sotto forma di aste e le connessioni tra i fili nelle scanalature (collegamenti terminali) sono mostrate come una linea continua.

Il nucleo dello statore ha la forma di un cilindro cavo, che è una catasta o una serie di cataste (separate da condotti di ventilazione) realizzate con lamiere di acciaio elettrico. Su macchine di piccole e medie dimensioni, ogni foglio viene stampato a forma di anello con scanalature lungo la circonferenza interna. Nella fig. 1, b, viene fornito un foglio di statore con scanalature di una delle forme utilizzate.

Riso. 1. La posizione dell'avvolgimento nelle fessure dello statore e la distribuzione delle correnti nei fili

Lascia che il valore istantaneo della corrente iA della prima fase in un certo momento sia massimo e la corrente sia diretta dall'inizio della fase C1 alla sua fine C4. Considereremo questa corrente positiva.

Determinando le correnti istantanee nelle fasi come proiezione dei vettori rotanti sull'asse fisso ON (Fig. 1, c), otteniamo che le correnti delle fasi B e C in un dato momento sono negative, cioè sono dirette dalla fine delle fasi all'inizio.

Ripercorriamolo in fig. 1d la formazione di un campo magnetico rotante. Al momento in questione, la corrente della fase A è diretta dal suo inizio alla fine, cioè se nei fili 1 e 7 ci lascia fuori dal piano del disegno, poi nei fili 4 e 10 va dietro il piano del disegno a noi (vedi Fig. 1, a e d).

Nella fase B, la corrente in questo momento passa dalla fine della fase al suo inizio.Collegando i fili della seconda fase secondo il campione della prima si ottiene che la corrente della fase B passi attraverso i fili 12, 9, 6, 3; allo stesso tempo, attraverso i fili 12 e 6, la corrente ci lascia fuori dal piano del disegno, e attraverso i fili 9 e 3 - verso di noi. Otteniamo un quadro della distribuzione delle correnti nella fase C utilizzando il campione della fase B.

Le direzioni delle correnti sono riportate in fig. 1, d; le linee tratteggiate mostrano le linee del campo magnetico generate dalle correnti statoriche; le direzioni delle linee sono determinate dalla regola della vite di destra. Si può vedere dalla figura che i fili formano quattro gruppi con le stesse direzioni di corrente e il numero di poli 2p del sistema magnetico è quattro. Le regioni dello statore in cui le linee magnetiche escono dallo statore sono i poli nord e le regioni in cui le linee magnetiche entrano nello statore sono i poli sud. Un arco di un cerchio di statore occupato da un polo è chiamato separazione dei poli.

Il campo magnetico in diversi punti della circonferenza dello statore è diverso. Il modello di distribuzione del campo magnetico lungo la circonferenza dello statore viene ripetuto periodicamente attraverso ogni separazione bipolare Angolo d'arco 2 preso come 360 ​​gradi elettrici. Poiché ci sono p divisioni bipolari attorno alla circonferenza dello statore, 360 gradi geometrici equivalgono a 360p gradi elettrici e un grado geometrico equivale a p gradi elettrici.

Nella fig. 1d mostra le linee magnetiche per un certo momento fisso nel tempo. Se osserviamo l'immagine del campo magnetico per diversi istanti consecutivi nel tempo, possiamo assicurarci che il campo ruoti a velocità costante.

Troviamo la velocità di rotazione del campo.Dopo un tempo pari alla metà del periodo della corrente alternata, le direzioni di tutte le correnti si invertono, per cui i poli magnetici si invertono, cioè nella metà del periodo il campo magnetico ruota di una frazione di giro. La velocità di rotazione del campo magnetico dello statore, cioè la velocità sincrona, è (in giri al minuto)

Il numero p di coppie polari può essere solo un numero intero, quindi ad una frequenza, ad esempio, di 50 Hz, la velocità di sincronismo può essere pari a 3000; 1500; 1000 giri ecc.

Riso. 2. Schema dettagliato di un avvolgimento monostrato trifase

Gli avvolgimenti di una macchina a corrente alternata possono essere suddivisi in tre gruppi:

1) da bobina a bobina;

2) nucleo;

3) speciale;

Le bobine speciali includono:

(a) cortocircuito sotto forma di gabbia di scoiattolo;

b) avvolgimento di un motore asincrono con commutazione ad un diverso numero di poli;

c) avvolgimento di un motore asincrono con anticonnessioni, ecc.

Oltre alla divisione di cui sopra, le bobine differiscono per una serie di altre caratteristiche, vale a dire:

1) dalla natura dell'esecuzione: manuale, modellata e semi-modellata;

2) per posizione nella scanalatura - monostrato e bistrato;

3) dal numero di slot per polo e fase - avvolgimenti con un numero intero q slot per polo e fase e avvolgimenti con un numero frazionario q.

Una bobina è un circuito formato da due fili collegati in serie. Una sezione o avvolgimento è una serie di spire collegate in serie, situate in due fessure e con isolamento comune dal corpo.

La sezione ha due lati attivi. Il lato sinistro attivo è chiamato l'inizio della sezione (bobina) e il lato destro è chiamato la fine della sezione. La distanza tra i lati attivi della sezione è chiamata passo della sezione. Può essere misurato dal numero di rebbi o in parti delle divisioni dei poli.

Il passo della sezione si dice diametrale se è uguale alla divisione polare e troncato se è minore della divisione polare, poiché il passo della sezione non è maggiore della divisione polare.

Una grandezza caratteristica che determina il funzionamento della bobina è il numero di cave per polo e fase, cioè il numero di slot occupati dall'avvolgimento di ciascuna fase all'interno di una divisione polare:

dove z è il numero di slot dello statore.

La bobina mostrata in fig. 1, a, presenta i seguenti dati:

Anche per questa bobina più semplice, il disegno spaziale dei fili e delle loro connessioni risulta complicato, quindi viene solitamente sostituito da un diagramma espanso, dove i fili di avvolgimento sono raffigurati non su una superficie cilindrica, ma su un piano (un cilindro superficie con scanalature e una bobina "si dispiega » in un piano). Nella fig. 2 è uno schema dettagliato dell'avvolgimento dello statore considerato.

Nella figura precedente, per semplicità, è stato mostrato che parte della fase A dell'avvolgimento posto nelle cave 1 e 4 è costituita da due soli fili, cioè una spira. In effetti, ciascuna di queste parti dell'avvolgimento che cade su un polo è costituita da w spire, ovvero in ciascuna coppia di scanalature sono posizionati w fili, combinati in un unico avvolgimento. Pertanto, quando si bypassa secondo lo schema esteso, ad esempio la fase A dello slot 1, è necessario bypassare gli slot 1 e 4 w volte prima di passare allo slot 7. La distanza tra i lati della spira di un avvolgimento o passo di avvolgimento , y è mostrato in fig. 1, d; solitamente espressa in termini di numero di canali.

Riso. 3. Scudo macchina asincrona

Mostrato in fig.1 e 2, l'avvolgimento dello statore è chiamato a strato singolo, poiché si inserisce in ciascuna scanalatura in uno strato Per posizionare le parti anteriori che si intersecano su un piano, vengono piegate su superfici diverse (Fig. 2, b). Gli avvolgimenti monostrato sono realizzati con un passo pari alla separazione dei poli (Fig. 2, a), oppure questo passo è mediamente uguale alla separazione dei poli per diversi avvolgimenti della stessa fase, se y> 1, y< 1... Ai nostri giorni le bobine a doppio strato sono più comuni.

L'inizio e la fine di ognuna delle tre fasi dell'avvolgimento è indicata sul pannello della macchina, dove sono presenti sei morse (Fig. 3). Tre fili lineari di una rete trifase sono collegati ai terminali superiori C1, C2, SZ (l'inizio delle fasi). I morsetti inferiori C4, C5, C6 (le estremità delle fasi) sono collegati a un punto con due ponticelli orizzontali oppure ciascuno di questi morsetti è collegato a un ponticello verticale con il morsetto superiore che si trova sopra di esso.

Nel primo caso, le tre fasi dello statore formano una connessione a stella, nel secondo una connessione a triangolo. Se, ad esempio, una fase dello statore è progettata per una tensione di 220 V, la tensione di linea della rete a cui è collegato il motore deve essere di 220 V, se lo statore è collegato con un triangolo; quando è collegato a una stella, la tensione della linea di griglia dovrebbe essere

Quando lo statore è collegato a stella, il filo neutro non è eccitato perché il motore è un carico simmetrico alla rete.

Il rotore di una macchina ad induzione è costituito da lamiere stampate di acciaio elettrico isolato su un albero o su un'apposita struttura portante. Il gioco radiale tra lo statore e il rotore è il più piccolo possibile per garantire una bassa resistenza nel percorso del flusso magnetico che penetra in entrambe le parti della macchina.

Il minimo scarto consentito dalle esigenze tecnologiche va da un decimo di millimetro a diversi millimetri, a seconda della potenza e delle dimensioni della macchina. I conduttori dell'avvolgimento del rotore si trovano nelle fessure lungo il rotore che si formano direttamente sulla sua superficie per garantire il massimo contatto dell'avvolgimento del rotore con il campo rotante.

Le macchine ad induzione sono prodotte sia con rotori a fase che a gabbia di scoiattolo.

Riso. 4. Rotore di fase

Un rotore di fase ha solitamente un avvolgimento trifase, realizzato come un avvolgimento di statore, con lo stesso numero di poli. L'avvolgimento è collegato a stella oa triangolo; le tre estremità della bobina sono portate a tre collettori isolati che ruotano con l'albero della macchina. Tramite spazzole montate sulla parte fissa della macchina e scorrevoli su collettori ad anello, si collega al rotore un reostato di avviamento o regolazione trifase, cioè si introduce una resistenza attiva in ogni fase del rotore. La vista esterna del rotore di fase è mostrata in fig. 4, tre anelli collettori sono visibili all'estremità sinistra dell'albero. I motori asincroni con rotore avvolto vengono utilizzati laddove è richiesta una regolazione uniforme della velocità del meccanismo di azionamento, nonché nei frequenti avviamenti del motore sotto carico.

Il design di un rotore a gabbia di scoiattolo è molto più semplice di quello di un rotore di fase. Per uno dei disegni in FIG. 5a mostra la forma dei fogli da cui è assemblato il nucleo del rotore. In questo caso, dei fori in prossimità della circonferenza esterna di ciascuna lastra formano dei canali longitudinali nell'anima. L'alluminio viene versato in questi canali, dopo la sua solidificazione, nel rotore si formano aste conduttive longitudinali.Ad entrambe le estremità del rotore vengono fusi contemporaneamente anelli di alluminio che cortocircuitano le aste di alluminio. Il sistema conduttivo risultante è comunemente chiamato cella di scoiattolo.

Riso. 5. Rotore a celle di scoiattolo

Un rotore a gabbia è mostrato in fig. 5 B. Alle estremità del rotore sono visibili pale di ventilazione fuse contemporaneamente con anelli di accoppiamento corto. In questo caso, le fessure sono smussate di una divisione lungo il rotore. La gabbia di scoiattolo è semplice, non ci sono contatti striscianti, quindi i motori asincroni trifase a gabbia di scoiattolo sono i più economici, semplici e affidabili; sono i più comuni.