КОНСТРУКЦИЯ СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА И РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
Сердечник статора, ротора или якоря электродвигателя является частью магнитной цепи, на периферии которого располагается обмотка.
Назначение сердечника в электродвигателе определило его конструкцию и технологию изготовления.
Пакеты сердечников электродвигателей изготовляются из специальной электротехнической стали, обладающей благодаря присадке кремния невысокими удельными потерями. С целью уменьшения потерь на вихревые токи пакеты сердечников статоров, роторов и якорей набираются из отдельных, изолированных между собой, листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, а главных полюсов из машиноподелочной стали Ст. 2 толщиной 1,5 — 2 мм.
Технологию изготовления сердечников необходимо строить таким образом, чтобы в процессе обработки и сборки не ухудшались их магнитные свойства и был получен монолитный пакет сердечника, в котором не должна подвергаться повреждениям изоляция обмоток как при ее укладке, так и в процессе эксплуатации электрической машины.
На рисунке 1 показаны конструкции сердечников электродвигателей переменного и постоянного тока.
Магнитные сердечники электродвигателей: a — статора асинхронного двигателя единой серии; б — статора асинхронного кранового электродвигателя: 1 станина; 2 кольцевая шпонка; 3,6 крайние сердечника; 5 грузовой винт; 7 шпонка; в — якоря электродвигателя постоянного тока: 1 — вал, 2 коллектор; 3 и 7 шайбы нажимные; 4, 6 пакет крайних листов; 5 листы якорные; г — главного полюса: 1 полюсный лист; 2 крайний лист полюса; 3 заклепка полюсная; 4 полюсный лист; 5 — стержень.
Сердечник статора электродвигателя единой серии (рис. 1, а) состоит из пакета отдельно набранных листов 1 и 2, скрепленных скобами 5, и нажимных шайб 4.
В крановых электродвигателях пакет сердечника статора шихтуется непосредственно в станину, в которой после опрессовки на гидропрессе запирается кольцевыми шпонками (рис. 1, б).
Пакеты сердечников фазных роторов и якорей машин постоянного тока собираются непосредственно на вал (рис. 1, в).
Сердечники главных полюсов небольших размеров скрепляются несколькими заклепками. Но такого крепления для пакетов сердечников большой длины оказывается недостаточно, так как пакет получается не жестким, вследствие чего поверхность полюса получается не прямолинейной, а винтовой.
Для придания сердечнику главного полюса необходимой жесткости, исключающей образование спирали, в пакет сердечника запрессовывается металлический стержень (рис.1, г). В стержне предусмотрены отверстия с резьбой для крепления полюса к остову.
При изготовлении сердечников особое внимание должно быть обращено на качество поверхности пазов пакетов, в которые укладывается обмотка.
Заусенцы и отдельные выступающие листы в пазу могут послужить причиной повреждения и пробоя изоляции обмоток.
Особенно опасным местом для повреждения изоляции проводников обмоток, как показывает анализ причин брака, является выход из паза пакетов статоров, роторов и якорей. В первую очередь это относится к всыпанным обмоткам.
В процессе укладки обмоток в местах перехода пазовой части в лобовую, т. е. на выходе из паза, проводники катушки обмотки перегибаются и при наличии острых кромок паза может произойти повреждение изоляции. Острые кромки паза могут повредить изоляцию и в процессе эксплуатации (из-за возможных перемещений обмотки в пазу в результате вибрации, тряски, действия центробежных сил и температурных изменений). Нарушение изоляции обмотки может произойти также за счет перемещений листов железа в процессе работы машины в результате неплотной спрессовки пакета или большого распушения зубцов крайних листов.
Распушение листов показано схематически на рис. 2.
Для предохранения обмотки от повреждения вследствие указанных причин принимаются следующие конструктивно-технологические меры.
После опрессовки пакетов листов гидравлическим прессом их сжатое состояние обеспечивается запорными скобами 3 (см. рис. 1, а) или кольцевыми шпонками 2 (см. рис. 1, б) у пакетов статоров и нажимными шайбами 5 и 7 у пакетов роторов и якорей (см. рис. 1, в).
Нажимные шайбы удерживаются на валу за счет натяга прессовой посадки.
Для уменьшения величины распушения листов с торцов пакета устанавливаются несколько (четыре, пять) листов толщиной по 1 мм и применяется ступенчатая опрессовка пакета.
Вначале пакет спрессовывается полным расчетным давлением, при этом давление пресса передается пакету через технологическую оправку, которая перекрывает и зубцы листов, затем уменьшенной величиной давления насаживается нажимная шайба и пакет допрессовывается.
Применение с торцов пакета утолщенных крайних листов требует дополнительных штампов для их изготовления, распушение же при этом полностью не устраняется.
Для устранения распушения листов следует с торцов пакета установить несколько склеенных листов, вырубленных тем же штампом, что и остальные листы пакета.
Монолитный пакет можно получить, склеив листы всего пакета. Однако этот процесс требует дополнительных затрат, поэтому склеенные сердечники применяются в ответственных машинах небольших габаритов.
Как указывалось выше, острые кромки пакета представляют собой большую опасность для обмотки, поэтому на выходе из паза листов распиливаются напильником или в пакете склеенных крайних листов при его изготовлении снимается пологая фаска.
Источник
Основные теоретические положения
Синхронными называют электрические машины переменного тока, в которых частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля якоря, т.е. n2=n1. Они широко используются в электроэнергетике, промышленности и сельском хозяйстве в качестве генераторов электрической энергии переменного тока, двигателей и компенсаторов реактивной мощности.
Синхронные генераторы (СГ) – наиболее широко используемый для производства электроэнергии тип генераторов. Их устанавливают на мощных тепловых, гидравлических и атомных электростанциях, а также на передвижных электростанциях и транспортных установках (тепловозах, автомобилях, самолетах). Конструкция синхронных генераторов во многом зависит от типа привода.
Турбогенераторы используются на тепловых и атомных электростанциях приводятся во вращение паровыми или газовыми турбинами. Обычно это крупные быстроходные электрические машины мощностью 30–1000 МВА и частотой вращения 3000 и 1500 об/мин, приводимые во вращение паровыми турбинами. При указанной частоте вращения для получения частоты переменного тока f=50 Гц турбогенераторы выполняются двух- и четырехполюсными. Для обеспечения механической прочности при большой окружной скорости роторы выполняют неявнополюсными из цельной стальной поковки.
Гидрогенераторы приводятся во вращение гидротурбиной с относительно небольшой частотой вращения 50…120 об/мин. Поэтому для обеспечения частоты переменного тока f=50 Гц требуется большое число полюсов (несколько десятков). Как следствие гидрогенераторы имеют весьма большой диаметр ротора при относительно малой длине.
Дизель-генераторы приводятся во вращение двигателями внутреннего сгорания и используются преимущественно как автономные источники электроэнергии. Они имеют роторы явнополюсного типа, чаще всего четырехполюсные.
Синхронный генератор может питать подключенную к нему нагрузку автономно, или работать параллельно с сетью, к которой присоединены другие генераторы.
Устройство активной части.Синхронная машина состоит из статора и ротора (рис. 4.1,а). Статоры синхронных машин имеют принципиально ту же конструкцию, что и статоры асинхронных машин. Сердечник собирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью снижения потерь энергии на вихревые токи. В крупных машинах он шихтуется. В пазах на внутренней стороне сердечника укладывается распределенная трехфазная обмотка статора. Фазы обмотки статора чаще соединяются в звезду(рис. 4.1,б).
Рис. 3.1. Трехфазный синхронный генератор: а) устройство; б) схема.
1 – обмотка статора; 2 – сердечник статора; 3– полюсы ротора; 4 – обмотка возбуждения; 5 – контактные кольца; 6 – щетки; 7 – вал.
Роторы синхронных машин могут иметь явно- и неявнополюсную конструкции. Неявнополюсными выполняют роторы турбогенераторов и турбодвигателей, имеющих высокую частоту вращения (двух- или четырехполюсные). Сердечники таких роторов выполняют из цельной поковки магнитомягкой стали. На внешней поверхности сердечника выполняют пазы, в которые укладывается распределенная обмотка возбуждения. Явнополюсные роторы имеют сосредоточенную обмотку возбуждения в виде катушек, расположенных на полюсах. Конструктивное исполнение явнополюсных роторов весьма разнообразно. В достаточно типичной конструкции сердечник ротора состоит из полюсов, которые устанавливаются на массивном стальном ободе, насаживаемом на вал. Обод также выполняет функцию ярма, замыкающего магнитную цепь полюсов. Сердечники полюсов с полюсными наконечниками набирают из отдельных пластин.
Обмотка вращающегося ротора СМ получает питание от источника постоянного тока через контактные кольца и щетки (рис. 3.1). В современных генераторах в качестве источников питания обмоток возбуждения часто используют полупроводниковые выпрямители. В исследуемом генераторе таким источником является небольшой генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронного генератора.
В синхронной машине обмотку, в которой индуктируется ЭДС и протекает ток нагрузки, называют якорной,а часть машины, на которой расположена эта обмотка – якорем. Обмотка, создающая первичное магнитное поле (поле возбуждения), называется обмоткой возбуждения, а часть машины, на которой она расположена – индуктором. Обычно в синхронной машине статор является якорем, а ротор – индуктором, как это показано на рис. 3.1,а.
Принцип действия. Синхронный генератор предназначен для преобразования механической энергии первичного двигателя в электрическую энергию переменного тока.
Предположим, что обмотка возбуждения генератора получает питание от источника постоянного тока и создает в зазоре генератора синусоидально распределенное магнитное поле с числом пар полюсов р. Такое распределение поля возбуждения обеспечивается в явнополюсных генераторах – неравномерным воздушным зазором между полюсом и статором, у неявнополюсных – неравномерным размещением по окружности ротора витков обмотки возбуждения.
При вращении первичным двигателем ротора генератора витки обмотки статора пересекает переменный (вследствие вращения ротора) магнитный поток возбуждения Ф и индуктирует в них переменную ЭДС e (рис. 3.2,а) с частотой прямо пропорциональной числу пар р полюсов и частоте n вращения ротора: f=pn. Действующее значение фазной ЭДС генератора рассчитывается по аналогичной трансформатору формуле:
где Ф – магнитный поток полюса ротора (индуктора); w – число витков в фазе обмотки статора; kоб – обмоточный коэффициент, учитывающий конструктивные особенности обмотки статора (распределение по пазам и укорочение шага).
Рис. 3.2. Принцип действия синхронного генератора:
а) физические процессы, б) векторная диаграмма ЭДС
Пространственный сдвиг магнитных осей фаз обмотки статора генератора относительно друг друга по окружности статора под 120° (электрических) приводит к соответствующему сдвигу по фазе индуктируемых в них ЭДС (рис. 3.2,б).
Процесс наведения в обмотке статора трехфазной ЭДС не требует затрат механической энергии. Поэтому предварительно раскрученный ротор при холостом ходе и отсутствии механических и иных потерь мог бы вращаться бесконечно долго.
Предположим, что к генератору подключена симметричная нагрузка, при которой по обмотке якоря под действием ЭДС e протекает ток i. При этом возникает волна МДС якоря, которая имеет то же, что и поле возбуждения число полюсов, и вращается с той же частотой, что и ротор (синхронно). При этом волны тока якоря и поля возбуждения неподвижны относительно друг друга, чем обеспечивается возможность непрерывного взаимодействия.
Обычно подключенные к генератору электроприемники всегда потребляют активную мощность, и ток якоря имеет активную составляющую iа, совпадающую по фазе с индуктируемой ЭДС е. Так как направление протекания этой составляющей под северными и южными полюсами обмотки возбуждения противоположно на проводники обмотки статора со стороны поля возбуждения действуют электромагнитные силы Fэм одного направления, – в сторону вращения ротора (рис. 3.2,а). В соответствии с третьим законом Ньютона к ротору приложены противодействующие силы, создающие тормозной момент Мэм.
Для поддержания непрерывного вращения ротора тормозной электромагнитный момент генератора компенсируется вращающим моментом приводного двигателя: Мэм=Мвр. Этим обеспечивается непрерывное преобразование механической энергии в электрическую.
Уравнение электрического равновесия и схема замещения генератора.При нагрузке обмотка якоря генератора создает собственное магнитное поле, вращающееся с той же частотой, что и ротор (синхронно) и индуктирующее в самой обмотке ЭДС самоиндукции Еа.
При неявнополюсном исполнении синхронного генератора воздушный зазор между сердечниками статора и ротора равномерный, и поле якоря не зависит от характера нагрузки. В этом случае явление самоиндукции в обмотке якоря учитывается введением, так называемого, синхронного индуктивного сопротивления xс, как для обычной катушки индуктивности. Исходя из этого представления и рассмотренных выше физических процессов, для фазы обмотки якоря в соответствии со 2-м законом Кирхгофа можно составить следующее уравнение электрического равновесия:
где U – напряжение на зажимах генератора; r – активное сопротивление обмотки якоря (в машинах средней и большой мощности r 0) размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря проявляется сильнее, и напряжение на зажимах генератора снижается в большей степени (кривая 2).
В определенном диапазоне нагрузок активно-емкостного характера (j
Источник
В. Появлению переменного напряжения на силовой клемме генератора
Б. Перезарядке АКБ.
А. Недозарядке АКБ.
АВТОМОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ
1. В генераторных установок переменного тока ЭДС индуцируется в обмотках, если:
1. Обмотки вращаются относительно неподвижного магнитного поля.
2. Магнитное поле вращается относительно неподвижных обмоток.
2. Каким способом осуществляется зарядка аккумуляторной батареи на автомобиле:
1. Постоянной силой тока.
2. Постоянным напряжением.
3. Смешанным способом.
4. Переменным напряжением.
5) Импульсным режимом.
3. Для какой цели выпрямительный блок генератора комплектуется дополнительными диодами:
1. Для питания обмоток возбуждения.
2. Для управления контрольной лампой заряда АКБ.
3. Для подключения вольтметра.
4. Сердечник статора генератора переменного тока набирается из тонких листов электротехнической стали, изолированных между собой, с целью:
1. Усиления магнитного потока.
2. Увеличения фока службы.
3. Снижения потерь на вихревые токи.
5. Щетки генератора переменного тока изготавливают из:
4. Графита с добавлением меди.
5. Графита с добавлением алюминия.
6. Напряжение на силовой клемме генератора при оборотах двигателя 2500 об/мин и включенных фарах дальнего света должно снизится не более, чем на:
7. При каком напряжении контрольная лампа зарядки АКБ должна погаснуть:
8. Какое напряжение должно быть на клеммах аккумуляторной батареи при 3000 об/мин коленчатого вала двигателя:
9. Величина выходного напряжения генератора зависит:
1. Только от оборотов двигателя.
2. Только от величины напряжения в обмотке возбуждения.
3. От оборотов двигателя и величины напряжения в обмотке возбуждения.
10. Неисправный регулятор напряжения приведет к:
11. Как могут соединяться обмотки статора генератора:
1. Только треугольником.
2. Только звездой.
3. Звездой и треугольником.
12. Генераторы, какого типа применяют на современных автомобилях:
1. Переменного тока.
2. Постоянного тока.
3. Смешанной конструкции.
13. При изменении величины напряжения подаваемого на обмотку возбуждения генератора происходит:
1. Изменение ЭДС.
2. Изменение силы тока в генераторе.
3. Ни каких изменений не происходит.
14. Что означает термин «самовозбуждение генератора»:
1. Возбуждение от аккумулятора.
2. Возбуждение от обмоток статора.
3. Возбуждение от обмоток ротора.
15. Для чего на некоторых генераторных установках вместо силовых диодов используются стабилитроны:
1. Для защиты электронных регуляторов напряжения от всплесков высокого напряжения.
2. Для выпрямления напряжения на разных обмотках.
3. Для повышения напряжения.
16. К чему приведет нарушение полярности при подключении генераторной установки:
1. К разрядке аккумуляторной батареи.
2. К выходу из строя аккумуляторной батареи.
3. К выходу из строя генераторной установки.
4. К изменению полярности аккумуляторной батареи.
17. Признаки чрезмерного натяжения приводного ремня генератора:
1. Ускоренный износ переднего подшипника и нагрев генератора.
2. Ускоренный износ щеток и нагрев генератора.
3. Вытекание смазки из переднего подшипника генератора, износ щеток.
18. Признаки слабого натяжения ремня генератора:
1. Нагрев генератора.
2. Ускоренный износ переднего подшипника генератора.
3. На средних частотах вращения коленчатого вала двигателя стрелка амперметра колеблется, контрольная лампа мигает.
19. Назовите вероятную причину перезарядки АКБ («кипение» электролита):
1. Пробой выпрямительного блока.
2. Неисправность регулятора напряжения.
3. Проскальзывание приводного ремня генератора.
20. Аккумуляторная батарея и генераторная установка на автомобиле включены между собой:
3. Параллельно или последовательно в зависимости от мощности потребителей.
21. К каким последствиям приводят пробои одного или нескольких диодов выпрямительного блока генератора:
1. К значительному снижению мощности.
2. К повышению напряжения в сети автомобиля.
3. К отсутствию напряжения на выводных клеммах.
22. Контактные кольца ротора выполнены из:
4. Цинкового сплава.
5. Металлизированного порошка.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
