Чем отличается ротор от якоря

Электротехнический термин «якорь» намного старше слова электротехника. В эпоху великих географических открытий и развития мореплавания в мировом океане ощущалась острая потребность в магнитных компасах, основной частью которых была магнитная стрелка. Эти стрелки изготавливались из железа и намагничивались природными магнитами. Других попросту не было.

Для хорошего намагничивания требовались и хорошие магниты. Для усиления действия природных магнитов их армировали железом, прикрепляя его к камню с помощью немагнитных оправ из меди, серебра и даже золота. Все это украшалось стилизованными фигурками, орнаментами или надписями.

Магниты стоили дорого. В комплект магнита входил также съемный железный брусочек, который «прилепливался» к полюсам магнита. Этот брусочек имел с одной стороны кольцо, крючок или декоративную копию морского якоря для подвешивания гиревой чашки. Силу удержания этого брусочка магнитом всегда можно было измерить по весу гирь, укладываемых в чашку. Сам же брусочек с крючком и получил название «якорь магнита».

С изобретением в 1825 г. электромагнитов способ измерения их силы не изменился. Так, например, в преамбуле своего труда, вышедшего в 1838 г. в Петербурге под названием «О притяжении электромагнитов», российские академики Б.С. Якоби и Э.Х. Ленц прямо так и записали: «Сила притяжения определялась весом гирь, которые накладывались до тех пор, пока якорь не отрывался».

Электромагниты уже могли создавать мощные магнитные поля. Американский ученый Дж. Генри создал электромагнит, якорь которого был в состоянии удерживать груз весом в тонну. Но не в этом его главная заслуга как инженера. Он поставил якорь электромагнита на шарнир и заставил при притяжении ударять по колокольчику. Так появился первый электромагнитный звонок.

Приспособив контакты к подвижному якорю, американец получил никому доселе неизвестный прибор — реле, устройство для автоматической коммутации электрических цепей по сигналу извне, позволяющее передавать телеграфные сигналы на практически любые расстояния.

В современных электромагнитных реле подвижная часть магнитопровода и до сего времени называется якорем, хотя и не имеет никакого внешнего сходства с удерживающим устройством корабля на рейде.

Изобретательская мысль Дж. Генри на этом не остановилась. Он сделал магнитопровод с катушкой и установил его горизонтально, как коромысло лабораторных аналитических весов. При качаниях устройства (якоря), контакты, укрепленные на концах коромысла, периодически касались выводов двух гальванических элементов, запитывавших катушку токами различного направления. Соответственно, коромысло, качаясь, притягивалось к двум постоянным магнитам, входившим в систему.

Установка работала непрерывно, сообщая якорю 75 качаний в минуту. Так появилась одна из первых конструкций электродвигателя с возвратно-поступательным движением. Впрочем, превратить его во вращательное для того времени не составляло никакого труда.

Генри писал: «Мне удалось привести в движение небольшую машину силой, которая до сих пор не находила применения в механике, я говорю о магнитном притяжении. Я не придаю большого значения этому изобретению, ибо в теперешнем его виде оно представляет только физическую игрушку. Однако не исключена возможность, что при дальнейшем развитии принципа это сможет быть использовано для практических целей».

Машины с возвратно-поступательным движением тогда распространения не получили, хотя были предложены вполне работоспособные конструкции У. Кларком, Ч. Пейджем и др. Технологически более удобным в применении оказался электродвигатель с вращающимся якорем.

Затем наступила эра трехфазного переменного тока. Никто вращающиеся узлы у двигателей переменного тока якорем не называл, и это было справедливо. Как не назвать вращающееся магнитное поле вихрем, а вращающуюся часть ротором? Но в машинах постоянного тока (и в двигателях, и в генераторах) терминология осталась прежней. Якорь вращается, а полюсной наконечник называется башмаком, слово, которое можно встретить сейчас только в сказках XVIII в.

Может, стоит изменить технологию? Не будем спешить. Сейчас получают распространение многофазные линейные электродвигатели для монорельсовых поездов. Здесь в качестве ротора используется намертво укрепленный монорельс, а в качестве статора (от латинского — стоящий неподвижно) используются обмотки, установленные на магнитопроводе стремительно мчащегося электровоза. Да и надо ли менять установившиеся понятия, рискуя внести еще большую путаницу?

Глава1. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока.

1.1. Принцип работы ГПТ.

Работа генератора постоянного тока основана на законе электромагнитной индукции

Рис. 1. Вращение в магнитном поле рамки

Рассмотрим рис. 1. При вращении в магнитном поле рамки, концы которой присоединены к двум полукольцам, вращающимся вместе с рамкой, в последней возникает переменная э.д.с.Как уже известно, эта э. д. с. изменяется по синусоиде и зависит от положения, занимаемого проводниками а и б в магнитном поле.
Наибольшая э. д. с. возникает в тот момент, когда проводник находится на оси полюсов N и S. В момент расположения проводников в плоскости, перпендикулярной оси полюсов, э. д. с. равна нулю — проводники находятся на нейтральной линии.
Предположим, что рамка вращается по часовой стрелке. Тогда ток в проводнике, находящемся под северным полюсом, направлен от нас за плоскость чертежа, а в проводнике, находящемся под южным полюсом, к нам. Пока проводника расположен под северным полюсом, соединенное с проводником полукольцо имеет контакт с неподвижной щеткой А. Соответственно проводник б имеет контакт через свое полукольцо со щеткой Б. По щетке А течет ток положительного направления, а по щетке Б — отрицательного.
Когда проводники находятся на нейтральной линии, т. е. э. д. с. в них равна нулю, щетки замыкают оба полукольца накоротко. Если бы эдс в этот момент не была равна нулю, в рамке бы возник ток КЗ, опасный для электрической части генератора. Прежде всего ток КЗ вызвал бы искрение в местах контакта щеток и полуколец.

Читайте также:  Потолок в хрущевке как лучше сделать

Пройдя нейтральную линию, проводник а вступает в зону южного полюса, направление тока в нем изменится на обратное (к нам), но в это время данный проводник входит в контакт со щеткой Б. Следовательно, несмотря на то, что направление тока в проводнике изменилось, направление тока в щетке Б не меняется и по- прежнему остается отрицательным. Аналогичная картина происходит и с проводником б, после того как он перейдет в зону действия северного полюса.

Таким образом, по внешней цепи направление тока сохраняется постоянным.
В рассмотренном случае при сохранении постоянства направления ток будет изменяться от наибольшего значения до нуля, иначе говоря, будет пульсирующим.
Если в магнитном поле расположить не два проводника, а четыре, соединенные с четырьмя изолированными друг от друга частями кольца, то пульсация тока значительно сгладится (Рис.2.) Описанное устройство из двух или четырех частей кольца, служащее для выпрямления тока, является простейшим коллектором.
Фактически коллектор состоит из значительного числа сегментов, каждый из которых соединен с двумя проводниками обмотки якоря. В этом случае ток, вырабатываемый генератором, будет практически постоянным как по направлению, так и по величине.

Рис. 2. Четыре проводника в магнитном поле

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рис. 1.1, а общий вид с разрезом — на рис.1.2.

Устройство статора.

Статор состоит из станины 1, главных полюсов 2, дополнительных полюсов 3, подшипниковых щитов 4 и щеточной траверсы со щетками 6.Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и, кроме того, выполняет функцию магнитопровода. Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты). Дополнительные полюсы устанавливаются между главным и служат для улучшения условий коммутации.

Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники, и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или

смеси графита с медью.

Устройство ротора (якоря).

Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рис. 1.1, 1.2, а, б) состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 5.Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы. В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.

Устройство обмотки якоря генераторов постоянного тока. Самый сложный по исполнению узел ГПТ – это обмотка ротора, с которой снимается постоянной ток. (якорная обмотка).Якорная обмотка генераторов, применяемых в промышленности, сильно отличается от обмотки (рамок) вышерассмотренного условного генератора. Условный генератор имеет очень существенный недостаток: эдс в любой момент времени снимается только с одной рамки, что ограничивает вырабатываемое напряжение. Для того чтобы генератор вырабатывал больший ток, все рамки (секции обмотки) в реальном генераторе соединяются последовательно между собой через ламели

.

Рис. 3. Подключение обмотки генератора

Каждая секция состоит из двух сторон (в каждой стороне в зависимости от числа витков в секции имеется один или несколько проводников). Эти стороны называются активными частями секций, в них индуктируются э. д. с. Наружные (торцовые) части секций служат только для соединения активных сторон и присоединения их к коллекторным пластинам.
Каждую секцию укладывают так, что одна ее сторона располагается в верхней части паза под полюсом одной полярности, а другая — в нижней части другого паза под полюсом другой полярности (рис. 3).
Расположение активных сторон секций под полюсами разных полярностей является основным правилом выполнения обмоток, так как только при этом условии индуктирующиеся в них э. д. с. будут складываться.

Второе важное отличие реального ГПТ от условного: каждая рамка(секция) подключена (приварена) своим концами к соседним ламелям коллектора, а не к противоположным, как это было в условном генераторе. (Рис.3.)Такое подключение приводит к тому что эдс последовательно подключенных обмоток складываются (как последовательно соединенные источники питания) и генератор выдает через щетки гораздо большую мощность. (Рис 4,а) Самая большая из суммируемых эдс индуцируется в обмотке, которая в данный момент находится вертикально. В рамке(секции) расположенной горизонтально, эдс отсутствует. Обмотка работает как простой проводник, передавая вырабатываемую эдс на щетки. Т.о. существует третье важное реального ГПТ от условного: токосъемные щетки реально генератора находятся на физической нейтрали – линии перпендикулярной параллельно магнитного потока проходящей через ось вращения ротора. Важно отметь, что именно в обмотке, находящейся на физической нейтрали, отсутствует эдс. Рис 4,б.

Рис 4. Рис .5. Укладка обмотки

.
На рис. 8 для простоты показано шесть одновитковых секций; в каждой стороне секции имеется один провод. Верхние стороны секций имеют нечетные номера; нижние — четные.
Первая секция состоит из двух сторон 1 и 6; вторая — 3 и 8; третья — 5 и 10; четвертая — 7 и 12; пятая — 9 и 2; шестая 11 и 4.
Все секции соединяются через коллекторные пластины и представляют замкнутую цепь. Пунктиром показаны соединения активных сторон секции со стороны, противоположной коллектору; сплошными линиями — соединение сторон секции через коллектор.
На коллектор накладываются неподвижные щетки для отвода тока во внешнюю цепь, как показано на рис. 5. Одна щетка является положительным полюсом генератора, другая — отрицательным.

Читайте также:  Ховог пружинный матрас отзывы

Устройство коллектора.Обычно коллектор (рис. 1.3) выполняют в виде цилиндра, собранного из клинообразных пластин 3 твердотянутой меди; между пластинами располагают изоляционные прокладки из слюды или миканита 2. Узкие края коллекторных пластин имеют форму ласточкина хвоста; после сборки коллектора их зажимают между корпусом и нажимным фланцем и изолируют манжетами из миканита. Секции обмотки якоря впаивают в прорези, имеющиеся в выступающей части коллекторных пластин.

В машинах малой и средней мощности широко применяют коллекторы, в которых медные пластины и миканитовые прокладки запрессованы в пластмассу. Поверхность собранного коллектора обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора.

По цилиндрической части коллектора скользят щетки, установленные в щеткодержателях. Щетки представляют собой прямоугольные бруски, изготовленные путем прессовки и термической обработки из порошков графита, кокса и других компонентов. Они предназначены для соединения коллектора с внешней цепью и прижимаются к поверхности коллектора пружинами.

При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение относительно полюсов машины. Щеткодержатели укрепляют на щеточных пальцах и изолируют от них. Щеточные пальцы, в свою очередь, крепят либо к подшипниковому щиту, либо к траверсе, которая позволяет при необходимости поворачивать всю систему щеток относительно полюсов машины. В машинах малой мощности часто применяют трубчатые щеткодержатели, устанавливаемые непосредственно в подшипниковом щите.

В электротехнике термин якорь обозначает компонент электрической машины [1] с рабочей обмоткой, а также подвижную часть магнитопровода [2] электромагнита и реле. В отношении физического перемещения части электрических машин подразделяют на подвижную (ротор) и неподвижную (статор). ГОСТ 27471-87 (Машины электрические вращающиеся. Определения) определяет якорь как часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины переменного тока, в которой индуктируется эдс и протекает ток нагрузки. В соответствии с этим, якорь вращающейся электрической машины может являться как ее ротором, так и статором. Простое, широко применяемое в практике правило, определяет якорь как обмотку машины, по которой при работе ее в режиме двигателя протекает ток сети, а при работе в режиме генератора с нее снимается напряжение. Так, в коллекторной машине постоянного тока якорем будет ротор (известны также конструкции бесколлекторных двигателей постоянного тока, где якорем является статор, см. фото), в синхронной машине переменного, в большинстве случаев, — статор (за исключением некоторых конструкций маломощных машин, где выходное напряжение снимается с ротора через щетки); применительно к асинхронным машинам термин не употребляется (в них якорем можно считать как статор, так и ротор).

В ДПТ якорь взаимодействует другим компонентом магнитной цепи, создающим поле возбуждения [3] . Это могут быть электромагниты или постоянные магниты. [3] . Якорь, в свою очередь, содержит проводник электрического тока, ориентированный, в первом приближении, перпендикулярно к магнитному полю и к направлению движения, вращения или линейного перемещения.

Для поиска разомкнутых, короткозамкнутых и замкнутых на корпус витков может быть использован прибор для поверки якорей (ППЯ) — трансформатор с разомкнутым магнитопроводом.

Ротор это вся вращающаяся деталь электродвигателя. Целиком.

А якорем называют ту часть ротора, где находится обмотка эл двигателя в которой наводится ЭДС. Вот на этом фото якорь вместе с обмотками обозначен цифрой четыре.

Ротор (от латинского "крутиться") крутится-вертится.

Якорь — приспособление для удержания судна на месте, "плавучий якорь".

В электротехнике якроем называют часть электромашины неущей обмотки. Якорь электротехнический не всегда вращается, для справки можно посмотреть устройство бесколлекторных электродвигателей.

Ротор – важная составляющая многих машин и механизмов. Наиболее важной деталью, обозначаемой при помощи данного понятия, является так называемый якорь электрического двигателя, генераторов переменного тока. Равно как и колесо, изобретение и использование ротора позволили сделать человечеству огромный шаг навстречу электрификации. Более подробно о том, что такое ротор, в каких механизмах и машинах он применяется, каких видов бывает, будет рассказано в этой статье.

Определение

С точки зрения электротехники, классический ротор – это вращающееся цилиндрическое тело, имеющее следующее строение:

  • Вал из прочной инструментальной стали с как минимум двумя подшипниками, расположенными по одному в передней и задней частях;
  • Сердечники из толстых металлических пластин;
  • Намотанные на собранные из пластин сердечники катушки;
  • Коллектор или пара специальных токопроводящих колец.

Для принудительного воздушного охлаждения вращающейся очень часто с большой скоростью детали служит расположенная в одном из его торцов крыльчатка. В генераторах вращение ротору передается от турбины, соединенной с ним через общий вал, или от работающего двигателя при помощи шкива, на который одет гибкий и прочный ремень (клинно-ременная передача).

Так, основная функция ротора – это вращение относительно неподвижной части. В электротехнике такой неподвижной частью является статор. Вместе ротор и статор являются важнейшими составляющими электродвигателей и генераторов переменного тока.

Читайте также:  Направляющие для гаражных ворот

Виды электромеханических устройств

Используют ротор в таких электромеханических устройствах, как двигатели, работающие на постоянном и переменном электрическом токе, генераторы.

Агрегаты, работающие на переменном токе

К таким агрегатам относятся различные электродвигатели. Наиболее распространенная модель данного устройства состоит из следующих частей:

  • Алюминиевый или чугунный ребристый корпус с монтажной коробкой для подключения обмоток статора и ротора;
  • Статор – неподвижная часть в виде полого цилиндра, расположенная внутри корпуса. Обмотка статора состоит из 3 пар расположенных друг напротив друга намотанных в пазы корпуса катушек из медного изолированного провода
  • Цельнометаллический цилиндрический ротор с валом и пазами, в которые впаяны обладающие высокой токопроводящей способностью алюминиевые стержни.

Вращается ротор на двух опорных подшипниках, запрессованных на его валу. Охлаждение работающего на больших оборотах электродвигателя происходит, благодаря крыльчатке – небольшому вентилятору, состоящему из множества лопастей и расположенному на одном из концов вала ротора. Также эффективному охлаждению работающего агрегата способствует ребристая структура алюминиевого корпуса.

Принцип работы подобного двигателя заключается в следующем:

  1. При подключении тока к агрегату он попеременно проходит через одну из трех пар катушек статора.
  2. При протекании по парам статорных катушек электрического тока они создают магнитное поле, силовые линии которого пересекают ротор.
  3. Попеременно запитываемые пары катушек создают подвижное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции провоцирует появление в неподвижных металлических стержнях ротора электрического тока.
  4. Индуцированный ток в роторе приводит к появлению силы, выталкивающей его из магнитного поля статора. Так как частота подачи тока на катушки статора в среднем составляет порядка 30 импульсов в секунду, появившаяся в роторе выталкивающая сила приводит к его вращению с большой скоростью.

Важно! В зависимости от одновременности вращения ротора и порождающего это движение магнитного поля электрический двигатель переменного тока может быть синхронный (ротор агрегата вращается синхронно с магнитным полем статора) и асинхронный (вращение якоря не синхронизировано с движением магнитного поля статора). Первый вид отличается высокой мощностью и надежностью, в то время как второй характеризуется большим разнообразием конструкций и областей применения.

Машины постоянного тока

Наиболее распространенный электродвигатель постоянного тока щеточного вида представляет собой электрический агрегат, состоящий из:

  • Чугунного корпуса с ребрами охлаждения и специальным монтажным коробом для подключения обмоток агрегата;
  • Вала из прочной инструментальной стали с двумя подшипниками;
  • Якоря, состоящего из сердечника (набора пластин из специальной электротехнической стали), якорной обмотки (размещенных в пазах сердечника катушек из медного провода);
  • Индуктора, состоящего из полюсов возбуждения с намотанными на них катушками из медного провода;
  • Коллектора – расположенных на валу медных пластин, к которым подключаются выводы катушек якорной обмотки;
  • Подпружиненных графитовых или металлографитовых щеток (щеточной группы).

Охлаждается такой двигатель, как и аналог, работающий от переменного тока, – расположенной на валу крыльчаткой.

Важно! В отличие от электродвигателя переменного тока частотой вращения ротора в таком силовом агрегате управляет специальный блок, который при помощи установленного на валу датчика Холла определяет положение ротора и его скорость.

Работает подобный агрегат следующим образом:

  1. На обмотку возбуждения подается напряжение, создавая тем самым постоянное магнитное поле;
  2. Через щетки и коллектор напряжение подается на катушки сердечника якоря – возникающее при этом магнитное поле отталкивается от такого же, образованного индуктором, вследствие чего двигатель начинает вращаться («запускается»);
  3. Впоследствии при вращении через щетки запитываются остальные катушки якорной обмотки, что приводит к равномерному вращению якоря с определённой скоростью.

Останавливают вращение такого агрегата прекращением подачи напряжения на щеточную группу.

Помимо описанных выше электромоторов, к машинам, работающим на постоянном токе, относится также роторный стартер – устройство, необходимое для запуска бензиновых и дизельных автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Типы роторов

В зависимости от области применения и строения, роторы бывают следующих типов:

  • Фазный – якоря данного типа представляют собой совокупность намотанных на сердечник катушек, расположенных относительно друг другу под углом 1200. Концы проводов катушек выводятся к пластинам коллектора и запитываются при помощи щёточного узла.
  • Короткозамкнутый –ротор такого типа состоит из цельного цилиндра с пазами, в которые укладываются стержни из электролитической меди или алюминия. Концы таких стержней соединяются между собой кольцом. Коллектора и щеточного узла в агрегатах, оборудованных подобным якорем, не имеется.

Двигатели с фазным типом якоря отличаются большими размерами и весом, но при этом обладают прекрасным пуском и регулировкой. Агрегаты с короткозамкнутыми роторами имеют меньшие размеры, меньшую подверженность поломкам, простоту в эксплуатации.

Разобравшись в том, что такое собой представляют ротор и статор, можно получить не только полезные теоретические знания, но и практические навыки: зная устройство агрегатов, работающих на постоянном и переменном токе, можно при наличии неисправности проверить работоспособность их основных узлов, определить, виноваты ли в поломке намотка якоря, статор, щеточный или коллекторный узел.

Также ответив на вопрос «ротор что это такое» и углубившись в устройство данной детали, можно производить перемотку сгоревших обмоток самостоятельно, что, в свою очередь, является достаточно востребованной и высокооплачиваемой работой.

Видео

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *