Що таке ротор і статор у двигуні: опис, принцип роботи в асинхронних електродвигунах, їх функції

Дуже багато приладів і пристроїв, що оточують нас у побуті, мають у своїй конструкції двигун.

Потужні електричні мотори надають руху транспортні засоби на вулицях міст і на залізницях, використовуються в піднятті і переміщенні важких вантажів.

Зі шкільних програм ми пам'ятаємо, що електромотори це пристрої для перетворення енергії з одного виду в інший. Щоб зрозуміти, як цей процес відбувається, потрібно розібрати електромотор та подивитися, як він влаштований усередині.

У наших статтях ми детально розповідаємо про призначення ротора та статора, як вони працюють.

Отже, давайте детально розберемося із двома основними його частинами:

Ротор (інша назва цієї деталі - якір) це рухлива, точніше сказати, деталь електромотора, що обертається.

Конструкція ротора залежить від типу пристрою, де він використовується. Якщо це колекторний агрегат, то ротор виготовляється з наступних частин:

• Сердечник. Ця деталь складається із пакету металевих пластин. Вони перешаровуються діелектриком або звичайною оксидною плівкою. В результаті виходить «шаровий пиріг», основна функція якого – гальмувати розгін електронів та запобігати розігріванню ротора. Справа в тому, що для приведення двигуна в обертання проводиться перемагнічування сердечника. В результаті виникають вихрові струми, або так звані "струми Фуко", що нагрівають ротор і знижують ефективність роботи двигуна;

• Обмотки. Сердечник обмотують витками мідного дроту. Кожен проводок покритий шаром міцного лаку.Додатково обмотку просочують епоксидними смолами і фіксують спеціальним лаком. Такий захист запобігає можливості пошкодження обмоток та перешкоджає виникненню пробою та утворення короткозамкнених витків, що може порушити роботу двигуна;
• Вал. Це металевий стрижень. Своїми торцевими частинами він встановлюється у підшипниках кочення. Крім того, на валу може бути різьблення, а також є профільні поглиблення для шпонок фіксації шестерень і кріплення шківів, які обертаються електромотором;

• Крильчатка. Ця деталь встановлюється на валу ротора та служить для охолодження електромотора під час роботи. Завдяки такому пристосуванню двигун сам себе охолоджує і немає потреби у використанні інших пристроїв для охолодження;
• Колектор. Це деталь циліндричної форми, зовнішня стінка якої складена з мідних контактів, про ламелей. Колектор встановлений на валу, зовні оточують графітові щітки. Між ламелями колектора та щітками встановлюється ковзний контакт.

Окремо відзначимо, що по суті обмотки ротора є електромагнітом і не всі типи ротора влаштовані саме таким способом.

Статор у двигуні

Циліндр статора інтегрований корпус електромотора. Він є його нерухомою частиною. Разом статор та корпус становлять єдиний моноблок.

Сердечник статора набраний із металевих пластин. Вони ізольовані одна від одної шаром лаку. Призначення такого пристрою сердечника - протидія нагріву вихровими струмами Фуко.

У зібраному вигляді пакет статора впресовують корпус. Серце статора формується витками обмотки.

Їх пропивають субстанціями особливого складу, що захищає витки від пошкоджень, і укладають у спеціально виточені у внутрішній стінці циліндра пази.

Схема підключення статора до електричної мережі виглядає так:

На корпусі двигуна є так званий БРНО блок розключення почав обмоток. Інакше кажучи, це розподільна коробка, всередині якої знаходяться клемники.

Конструктивно вони різняться між собою. Пристрій клемників залежить від потужності двигуна та виду роботи, яку цей двигун виконує. Кінцеві частини всіх обмоток підключаються до клем БРНО.

Від потужності електродвигуна та його функціонального призначення залежить також і спосіб підключення обмоток.

Є два способи підключення. Один це так звана «Зірка», інший – «Трикутник». Від способу підключення залежить те, як працюватиме електродвигун.

При способі з'єднання "Зірка" мотор плавно збільшує оберти, причому швидкий розгін обертів до максимуму неможливий.

А якщо обмотки з'єднані трикутником, двигун може одночасно розвинути ті обороти, на який він конструктивно розрахований, але і стартові струми будуть адекватно великі.

Пристрій асинхронного двигуна

Особливість роботи асинхронного двигуна полягає в наступному: на обмотки статора живлення подається покроково. У статорі виникає поле, що обертається. Це магнітне поле викликає струм індукції у роторній обмотці.

Ротор обертається і прагне зрівняти частоту свого обертання з частотою обертання магнітного поля.

Щойно таке відбувається, зникає струм індукції у роторних обмотках і ротор починає втрачати оберти. І відразу починає прискорюватися знову під впливом випереджуючої частоти обертів поля.

Таким чином двигун стабілізує свою роботу. Саме в цій особливості полягає гідність асинхронного мотора, що виділяє його серед інших типів електромоторів.

Асинхронні двигуни мають деякі конструктивні особливості. Так, на цих двигунах встановлюють ротори різних конструкцій:

• Короткозамкнутий ротор. Серце такого ротора набрано з металевих пластин, як і звичайний тип, але на ньому немає мідної обмотки. На пакеті сердечника встановлені металеві стрижні. Вони встановлені не паралельно пластин сердечника, але під деяким кутом. Вони так само не торкаються один одного, але замкнені на короткоторцевих дисках.

• Фазний ротор відрізняється від короткозамкнутого тим, що він не має короткозамкнених стрижнів, а використані трифазні обмотки. Крім того, на роторі такого типу застосований не звичайний колектор з ламелями, а особлива конструкція, що складається з трьох кілець.

У конструктивному сенсі такі ротори є складнішими виробами і їх виробництва більш трудомісткий.

Але вони не викликають високі пускові струми та їхню роботу можна плавно регулювати.

Роторний двигун: принцип роботи та пристрій

Як відомо, переважна більшість сучасних автомобілів оснащена двигунами внутрішнього згоряння або ДВЗ. Суть їх роботи полягає у перетворенні енергії, що утворюється при спалюванні паливної суміші, обертання валу, від якого за допомогою механічного приводу рух передається на колеса транспортного засобу. У переважній більшості автомобілів зараз використовуються ДВС, влаштовані за поршневою схемою. Але є й інший тип двигунів внутрішнього згоряння, а саме — роторні двигуни.Про цей тип двигуна ми розповімо в цій статті.

Що таке двигун роторний?

Історія роторних двигунів почалася в 1957 році, коли німецькими інженерами Феліксом Ванкелем і Вальтером Фройде був продемонстрований перший працездатний зразок такого силового агрегату. у результаті лише японська Mazda зважилася на те, щоб освоїти випуск роторних двигунів великими серіями і не відмовлятися від них протягом тривалого часу.

До речі, навіть вітчизняний ВАЗ протягом багатьох років випускав обмеженими серіями «Жигулі» з роторними силовими агрегатами «Звичайним» покупцям вони не поставлялися, а вирушали ці машини до автопарків КДБ і, в зовсім невеликих кількостях, МВС СРСР.

Принцип роботи роторного двигуна, також як і звичайного поршневого двигуна, базується на перетворенні енергії згоряння в енергію обертання, проте це перетворення здійснюється трохи іншим способом. двигуна внутрішнього згоряння від поршневого ДВЗ, в якому головними рухомими робочими елементами є поршні, що здійснюють не обертальний, а зворотно-поступальний рух.

Таким чином, у роторних двигунах в силу їх конструкції повністю виключаються досить складні за своєю конструкцією і вимагають періодичного обслуговування кривошипно-шатунні механізми, що перетворюють зворотно-поступальний рух у обертальний рух колінчастого валу.

Принцип роботи роторного двигуна

Так само, як і в поршневому, роторному двигуні використовується тиск газів, що утворюються в результаті згоряння паливно-повітряної суміші. Однак воно виникає не в циліндрах, а в камері, яка утворюється тією частиною корпусу, яка закрита стороною трикутного ротора, що знаходиться в ній. Саме він і використовується замість поршнів.

Обертання ротора під впливом цього тиску відбувається по траєкторії, що дуже нагадує лінію, намальовану спірографом. Завдяки цьому всі три вершини трикутного ротора при зіткненні з внутрішніми стінками корпусу двигуна утворюють камери герметичні згоряння. У міру обертання ротора кожен із трьох цих обсягів поперемінно то розширюється, то стискається. Такий режим функціонування роторного ДВЗ забезпечує здійснення таких процесів, як:

• Надходження паливно-повітряної суміші;
• Стиснення;
• Корисну роботу;
• Випуск вихлопу.

Таким чином, роторний двигун так само, як і стандартний поршневий двигун сучасного автомобіля, є чотиритактним.

Влаштування роторного двигуна

Система запалювання і система впорскування палива в роторних двигунах схожа з аналогічними, що використовуються в поршневих двигунах, проте будова цих ДВС абсолютно різна. Основними конструктивними елементами роторного двигуна є:

Як вже було сказано вище, ротор розташовується всередині статора (корпусу) і має три опуклі сторони. Кожна з них, по суті, грає роль поршня і має поглиблення, необхідне для того, щоб підвищити швидкість обертання. На кожній із сторін ротора є по два металеві кільця, які формують необхідні для функціонування цього ДВЗ камери згоряння.

Важливою складовою ротора є зубчасте колесо, розташоване в його центрі і сполучається із закріпленої на корпусі шестерень. Саме завдяки такому сполучення задається необхідна траєкторія та напрямок, за якими ротор обертається в корпусі.

Корпус роторного двигуна внутрішнього згоряння має овальну форму, яка розрахована та реалізована таким чином, щоб з його внутрішніми стінками завжди стикалися всі три вершини ротора. Це необхідно для того, щоб у будь-який момент часу всередині цього силового агрегату були присутні три повністю ізольовані один від одного обсяги газу. Крім того, в корпусі розташовуються порти впуску та випуску, причому в них немає клапанів: впускний порт з'єднується безпосередньо з дроселем, а випускний - безпосередньо з вихлопною системою.

Вихідний вал роторного двигуна зовсім не схожий на колінчастий вал поршневого ДВЗ. На ньому ексцентрично, тобто з деяким усуненням щодо центральної осі розташовуються спеціальні виступи. З кожним з них пов'язаний окремий ротор (їх, до речі, в роторному двигуні розташовується не один, а кілька). При обертанні кожен з роторів штовхає «свій» кулачок, внаслідок чого на валу з'являється момент, що крутить.

Слід зазначити, що це роторні двигуни збираються шарами.У найчастіше використовуваних двохроторних їх п'ять, а утримуються всі за допомогою болтів, встановлених по колу. розділяють між собою частини корпусу, в яких розташовуються самі ротори. центральної частини, а випускні - у кожній із крайніх частин.

Читайте також: Опозитний двигун — що це таке і як він працює

Переваги та недоліки роторних двигунів

Основними перевагами роторних двигунів у порівнянні з поршневими є:

• Менша кількість деталей, що рухаються;
• Більш плавна робота;
• Вища надійність.

У двороторному двигуні рухається тільки вихідний вал і обидва ротори, у той час, як навіть у найпростішому по конструкції поршневому ДВС рухомих деталей налічується не менше сорока. Відповідно, надійність роторного силового агрегату виявляється суттєво вищою.

У роторних двигунах всі рухомі частини обертаються тільки в одному напрямку, що значно зменшує вібрації. позитивно впливає на надійність силового агрегату.

Мабуть, головний з них полягає в тому, що в порівнянні з поршневими ДВС вони витрачають суттєво більше палива.

Читайте також: CRDI двигун - що це таке