Что такое ротор и статор в электродвигателе

Что такое ротор

Ротор, также иногда называемый якорем, представляет собой движущуюся, то есть вращающуюся часть генератора или электродвигателей, которые обычно используются в бытовых и промышленных приборах.

Если рассматривать ротор двигателя постоянного тока или универсального коллекторного двигателя, то он состоит из нескольких основных узлов, а именно:

  1. Core. Он состоит из множества рельефных тонких металлических пластин, изолированных друг от друга специальным диэлектриком или просто оксидным слоем, проводящим электричество намного хуже, чем чистый металл. Из них делается сердцевина и представляет собой «слоеный пирог». В результате электроны не успевают разогнаться из-за малой толщины металла и нагрев ротора намного меньше, а КПД всего устройства выше за счет меньших потерь. Это конструктивное решение было принято для уменьшения вихревых токов Фуко, которые неизбежно возникают во время работы двигателя из-за повторного намагничивания сердечника. Тот же метод борьбы с ними используется и в трансформаторах переменного тока.
  2. Обмотки. Вокруг жилы особым образом наматывается медный провод, покрытый лаковой изоляцией для предотвращения недопустимых коротких замыканий. Вся обмотка дополнительно пропитывается эпоксидной смолой или лаком, чтобы защитить обмотку и не повредить ее из-за вибрации, вызванной вращением.
  3. Обмотки ротора можно подключить к коллектору, специальному контактному блоку, который надежно прикреплен к валу. Эти контакты называются ребрами и сделаны из меди или медного сплава для лучшей передачи электрического тока. Щетки, обычно сделанные из графита, скользят по нему, и электрический ток подается на обмотки в нужный момент. Это называется скользящий контакт.
  4. Сам вал представляет собой металлический стержень, на его концах имеются посадочные места для подшипников качения, он может иметь резьбу или прорези, шпоночные пазы для крепления шестерен, шкивов или других деталей, приводимых в движение электродвигателем.
  5. Рабочее колесо вентилятора также расположено на валу, благодаря чему двигатель охлаждается сам и не требует дополнительных устройств отвода тепла.

Стоит отметить, что не у каждого ротора есть обмотки, которые по сути являются электромагнитом. Вместо этого можно использовать постоянные магниты, как в бесщеточных двигателях постоянного тока. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не имеет обмоток в нормальной форме; вместо них используются металлические решетки, но об этом ниже.

Что такое статор

Статор — это неподвижная часть электродвигателя. Обычно он соединен с корпусом устройства и представляет собой цилиндрическую деталь. Он также состоит из множества покрытых лаком пластин для уменьшения нагрева, вызываемого токами Фуко. Торцевые поверхности имеют посадочные места для подшипников скольжения или качения.

Эта конструкция называется корпусом статора и запрессована в чугунный корпус устройства. Внутри этого цилиндра фрезерованы прорези для обмоток, которые, как и в случае с ротором, пропитаны специальной массой, чтобы тепло равномерно распределялось по всему устройству, а обмотки не трулись друг о друга из-за вибрации.

Обмотки статора могут быть соединены различными способами в зависимости от назначения и типа электрической машины. Для трехфазных двигателей используются соединения звезда и треугольник. Они показаны на рисунке:

Для выполнения соединений предусмотрена специальная распределительная коробка («борно») на корпусе устройства. Эта коробка содержит начало и конец трех обмоток и оборудована клеммными колодками различной конструкции в зависимости от номинала и предполагаемого использования машины.

Принципиальные различия в работе двигателей с разным подключением обмоток. Например, при соединении звездой двигатель запускается более плавно, но не развивает максимальную мощность. При подключении по схеме треугольник электродвигатель будет передавать весь крутящий момент, заявленный производителем,но в этом случае пусковые токи велики. Сетевое питание может быть просто не рассчитано на такие нагрузки. Использование устройства в этом режиме чревато нагревом проводов, а в слабом месте (это соединения и разъемы) провод может перегореть и привести к возгоранию. Основное преимущество асинхронных двигателей — удобство изменения направления их вращения, достаточно поменять местами соединения любых двух обмоток.

Статор и ротор в асинхронных двигателях

Трехфазные асинхронные двигатели имеют свою специфику, ротор и статор в них отличаются от используемых в других типах электродвигателей. Например, ротор может быть двух конструкций: короткозамкнутый и фазный. Рассмотрим подробнее строение каждого из них. Но сначала давайте кратко объясним, как работает асинхронный двигатель.

В статоре создается вращающееся магнитное поле. Таким образом, в роторе индуцируется индуцированный ток, который приводит его в движение. Ротор всегда пытается «догнать» вращающееся магнитное поле.

Следует также упомянуть важное свойство асинхронного двигателя — скольжение ротора. Это явление происходит из-за разницы в частоте вращения ротора и магнитного поля, создаваемого статором. Это связано с тем, что ток индуцируется в роторе только тогда, когда он движется против магнитного поля. И если бы скорости вращения были такими же, этого движения просто не произошло бы. В результате ротор пытается «догнать» магнитное поле, и если это происходит, ток в обмотках больше не индуцируется, и ротор замедляется. В этот момент сила, действующая на него, увеличивается, он снова начинает ускоряться. Это эффект стабилизации скорости, поэтому электродвигатели очень популярны.

Короткозамкнутый ротор

Это также конструкция, состоящая из металлических пластин, выполняющих роль сердечника. Однако вместо медной обмотки используются стержни или стержни, которые не касаются друг друга и закорочены металлическими пластинами на концах. Стержни расположены не перпендикулярно пластинам, а под углом. Это необходимо для уменьшения пульсации магнитного поля и крутящего момента. Это вызывает короткое замыкание катушек, отсюда и название.

Фазный ротор

Основное отличие фазного ротора от короткозамкнутого — наличие трехфазной обмотки, которая размещается в зазоре сердечника и соединяется в специальном коллекторе с тремя кольцами вместо ламелей. Эти обмотки обычно соединяются звездой. Производство этих двигателей требует больше времени из-за большей сложности конструкции, но их пусковые токи ниже, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором, и они более управляемы.

Надеемся, что после прочтения этой статьи у вас больше не возникнет вопросов о том, что такое ротор и статор электродвигателя и каков принцип их работы. Наконец, мы рекомендуем посмотреть видео, в котором подробно обсуждается этот вопрос: