Devanados de estator y rotor de máquinas eléctricas de corriente alterna

Devanado de un producto (dispositivo) eléctrico — un conjunto de bobinas o bobinas ubicadas de cierta manera y conectadas, diseñadas para crear o utilizar un campo magnético, o para obtener un valor dado de resistencia de un producto (dispositivo) eléctrico. de un producto (dispositivo) eléctrico — una bobina de un producto (dispositivo) eléctrico o parte de él, hecha como una unidad estructural separada (GOST 18311-80).

El artículo habla sobre el dispositivo de los devanados de estator y rotor de máquinas eléctricas con corriente alterna.

Disposición espacial de los devanados del estator:

Rotor de jaula de ardilla:

Un estator con doce ranuras, en cada una de las cuales se coloca un cable, se muestra esquemáticamente en la fig. 1, un. Las conexiones entre los conductores trenzados están indicadas para una sola de las tres fases; el comienzo de las fases A, B, C de la bobina están marcados como C1, C2, C3; extremos - C4, C5, C6.Las partes de la bobina colocadas en los canales (la parte activa de la bobina) se muestran convencionalmente en forma de varillas, y las conexiones entre los cables en las ranuras (conexiones finales) se muestran como una línea continua.

El núcleo del estator tiene la forma de un cilindro hueco, que es una pila o una serie de pilas (separadas por conductos de ventilación) hechas de láminas de acero eléctrico. En máquinas pequeñas y medianas, cada hoja se estampa en forma de anillo con ranuras a lo largo de la circunferencia interior. En la Fig. 1, b, se muestra una hoja de estator con ranuras de una de las formas utilizadas.

Arroz. 1. La ubicación del devanado en las ranuras del estator y la distribución de corrientes en los cables.

Sea máximo el valor instantáneo de la corriente iA de la primera fase en un momento determinado y la corriente se dirija desde el principio de la fase C1 hasta su final C4. Consideraremos que esta corriente es positiva.

Determinando las corrientes instantáneas en las fases como proyección de los vectores giratorios sobre el eje fijo ON (Fig. 1, c), obtenemos que las corrientes de las fases B y C en un momento dado son negativas, es decir, están dirigidas desde el final de las fases hasta el principio.

Vamos a rastrearlo en la fig. 1d la formación de un campo magnético giratorio. En el momento en cuestión, la corriente de la fase A está dirigida desde su principio hasta el final, es decir, si en los hilos 1 y 7 nos deja fuera del plano del dibujo, entonces en los hilos 4 y 10 va por detrás del plano. del dibujo para nosotros (ver Fig. 1, a y d).

En la fase B, la corriente en este momento pasa desde el final de la fase hasta su comienzo.Conectando los hilos de la segunda fase según la muestra de la primera, se puede obtener que la corriente de la fase B pase por los hilos 12, 9, 6, 3; al mismo tiempo, a través de los cables 12 y 6, la corriente nos deja fuera del plano del dibujo, ya través de los cables 9 y 3, hacia nosotros. Obtenemos una imagen de la distribución de corrientes en la fase C utilizando la muestra de la fase B.

Las direcciones de las corrientes se dan en la fig. 1, d; las líneas discontinuas muestran las líneas de campo magnético generadas por las corrientes del estator; las direcciones de las líneas están determinadas por la regla del tornillo de la mano derecha. Se puede ver en la figura que los cables forman cuatro grupos con las mismas direcciones de corriente y el número de polos 2p del sistema magnético es cuatro. Las regiones del estator donde las líneas magnéticas salen del estator son los polos norte y las regiones donde las líneas magnéticas ingresan al estator son los polos sur. Un arco de un círculo de estator ocupado por un polo se llama separación de polos.

El campo magnético en diferentes puntos de la circunferencia del estator es diferente. El patrón de distribución del campo magnético a lo largo de la circunferencia del estator se repite periódicamente a través de cada separación de dos polos.Ángulo de arco 2 tomado como 360 grados eléctricos. Dado que existen p divisiones polares dobles alrededor de la circunferencia del estator, 360 grados geométricos equivalen a 360p grados eléctricos y un grado geométrico equivale a p grados eléctricos.

En la Fig. 1d muestra las líneas magnéticas para un cierto momento fijo en el tiempo. Si observamos la imagen del campo magnético durante varios momentos consecutivos en el tiempo, podemos asegurarnos de que el campo gira a una velocidad constante.

Encontremos la velocidad de rotación del campo.Después de un tiempo igual a la mitad del período de la corriente alterna, las direcciones de todas las corrientes se invierten, por lo que los polos magnéticos se invierten, es decir, en la mitad del período el campo magnético gira una fracción de revolución. La velocidad de rotación del campo magnético del estator, es decir, la velocidad síncrona, es (en revoluciones por minuto)

El número p de pares de polos sólo puede ser un número entero, por lo que a una frecuencia de, por ejemplo, 50 Hz, la velocidad síncrona puede ser igual a 3000; 1500; 1000rpm etc

Arroz. 2. Diagrama detallado de un devanado monocapa trifásico

Los devanados de una máquina de corriente alterna se pueden dividir en tres grupos:

1) carrete a carrete;

2) núcleo;

3) especial;

Las bobinas especiales incluyen:

a) cortocircuito en forma de jaula de ardilla;

b) devanado de un motor asíncrono con conmutación a un número diferente de polos;

c) bobinado de un motor asíncrono con anticonexiones, etc.

Además de la división anterior, las bobinas difieren en otras características, a saber:

1) por la naturaleza de la ejecución: manual, modelada y semimodelada;

2) por ubicación en la ranura: una capa y dos capas;

3) por el número de ranuras por polo y fase — devanados con número entero q ranuras por polo y fase y devanados con número fraccionario q.

Una bobina es un circuito formado por dos hilos conectados en serie. Una sección o devanado es una serie de espiras conectadas en serie, ubicadas en dos ranuras y con aislamiento común del cuerpo.

La sección tiene dos lados activos. El lado activo izquierdo se denomina inicio de la sección (bobina) y el lado derecho se denomina final de la sección. La distancia entre los lados activos de la sección se denomina paso de sección. Se puede medir ya sea por el número de puntas o en partes de las divisiones de polos.

El paso de la sección se llama diametral si es igual a la división polar y trunco ​​si es menor que la división polar, ya que el paso de la sección no es mayor que la división polar.

Una cantidad característica que determina el funcionamiento de la bobina es el número de ranuras por polo y fase, es decir el número de ranuras ocupadas por el devanado de cada fase dentro de una división de polos:

donde z es el número de ranuras del estator.

La bobina mostrada en la fig. 1, a, tiene los siguientes datos:

Incluso para esta bobina más simple, el dibujo espacial de los cables y sus conexiones resulta complicado, por lo que generalmente se reemplaza por un diagrama ampliado, donde los cables de bobinado no se representan en una superficie cilíndrica, sino en un plano (una superficie cilíndrica). superficie con ranuras y una bobina "se despliega » en un plano). En la Fig. 2 es un diagrama detallado del devanado del estator considerado.

En la figura anterior, por simplicidad, se mostró que parte de la fase A del devanado colocado en las ranuras 1 y 4 consta de solo dos hilos, es decir, una vuelta. De hecho, cada una de esas partes del devanado que cae sobre un polo consta de w vueltas, es decir, en cada par de ranuras se colocan w cables, combinados en un solo devanado. Por lo tanto, cuando se desvía de acuerdo con el esquema ampliado, por ejemplo, la fase A de la ranura 1, es necesario desviar las ranuras 1 y 4 w veces antes de pasar a la ranura 7. La distancia entre los lados de la vuelta de un devanado o paso de devanado , y se muestra en la fig. 1, d; normalmente se expresa en términos del número de canales.

Arroz. 3. Escudo de máquina asíncrona

Mostrado en la fig.1 y 2, el devanado del estator se denomina monocapa, ya que encaja en cada ranura en una capa Para colocar las partes frontales que se cruzan en un plano, se doblan en diferentes superficies (Fig. 2, b). Los devanados de una sola capa se realizan con un paso igual a la separación de los polos (Fig. 2, a), o este paso es igual en promedio a la separación de los polos para diferentes devanados de la misma fase, si y > 1, y< 1... En nuestros días, las bobinas de doble capa son más comunes.

El inicio y final de cada una de las tres fases del bobinado está indicado en el panel de la máquina, donde se encuentran seis pinzas (Fig. 3). Tres cables lineales de una red trifásica están conectados a los terminales superiores C1, C2, SZ (el comienzo de las fases). Las abrazaderas inferiores C4, C5, C6 (los extremos de las fases) están conectadas a un punto con dos puentes horizontales, o cada una de estas abrazaderas está conectada a un puente vertical con la abrazadera superior colocada encima.

En el primer caso, las tres fases del estator forman una conexión en estrella, en el segundo, una conexión en triángulo. Si, por ejemplo, una fase del estator está diseñada para una tensión de 220 V, entonces la tensión de línea de la red a la que está conectado el motor debe ser de 220 V, si el estator está conectado en triángulo; cuando se conecta con una estrella, el voltaje de la línea de red debe ser

Cuando el estator está conectado en estrella, el cable neutro no está energizado porque el motor es una carga simétrica a la red.

El rotor de una máquina de inducción está hecho de láminas estampadas de acero eléctrico aislado sobre un eje o sobre una estructura de soporte especial. El juego radial entre el estator y el rotor es lo más pequeño posible para garantizar una baja resistencia en la trayectoria del flujo magnético que penetra en ambas partes de la máquina.

El mínimo espacio permitido por los requisitos tecnológicos es de una décima de milímetro a varios milímetros, dependiendo de la potencia y las dimensiones de la máquina. Los conductores del devanado del rotor están ubicados en las ranuras a lo largo del rotor que se forman directamente en su superficie para garantizar el mayor contacto del devanado del rotor con el campo giratorio.

Las máquinas de inducción se fabrican con rotores tanto de fase como de jaula de ardilla.

Arroz. 4. Rotor de fase

Un rotor de fase suele tener un devanado trifásico, hecho como un devanado de estator, con el mismo número de polos. El devanado está conectado en estrella o delta; los tres extremos de la bobina están conectados a tres anillos deslizantes aislados que giran con el eje de la máquina. Mediante escobillas montadas en la parte estacionaria de la máquina y deslizando sobre anillos rozantes, se conecta al rotor un reóstato trifásico de arranque o regulación, es decir, se introduce una resistencia activa en cada fase del rotor. La vista externa del rotor de fase se muestra en la fig. 4, se ven tres anillos deslizantes en el extremo izquierdo del eje. Los motores asíncronos con rotor bobinado se utilizan cuando se requiere una regulación suave de la velocidad del mecanismo de accionamiento, así como en arranques frecuentes del motor bajo carga.

El diseño de un rotor de jaula de ardilla es mucho más simple que el de un rotor de fase. Para uno de los diseños de la fig. 5a muestra la forma de las láminas a partir de las cuales se ensambla el núcleo del rotor. En este caso, los agujeros cerca de la circunferencia exterior de cada lámina forman canales longitudinales en el núcleo. El aluminio se vierte en estos canales, después de su solidificación, se forman varillas conductoras longitudinales en el rotor.En ambos extremos del rotor, los anillos de aluminio se funden simultáneamente, lo que cortocircuita las varillas de aluminio. El sistema conductor resultante se denomina comúnmente célula de ardilla.

Arroz. 5. Rotor de celda de ardilla

Un rotor de jaula se muestra en la fig. 5 B. En los extremos del rotor, se pueden ver paletas de ventilación fundidas simultáneamente con anillos de acoplamiento cortos. En este caso, las ranuras están biseladas por una división a lo largo del rotor. La jaula de ardilla es simple, no hay contactos deslizantes, por lo tanto los motores asíncronos trifásicos de jaula de ardilla son los más económicos, sencillos y confiables; son los más comunes.