Rotor (elektrisk)

Ett urval av olika typer av rotorer

Rotor från Hoover Dam generator

För annan användning, se Rotor .

Rotorn är en rörlig komponent i ett elektromagnetiskt system i elmotorn , elgeneratorn eller generatorn . Dess rotation beror på samverkan mellan lindningarna och magnetfälten som ger ett vridmoment runt rotorns axel.

Tidig utveckling

Ett tidigt exempel på elektromagnetisk rotation var den första roterande maskinen byggd av Ányos Jedlik med elektromagneter och en kommutator , 1826-27. Andra pionjärer inom elområdet inkluderar Hippolyte Pixii som byggde en växelströmsgenerator 1832 , och William Ritchies konstruktion av en elektromagnetisk generator med fyra rotorspolar, en kommutator och borstar , också 1832. Utvecklingen omfattade snabbt fler användbara applikationer som Moritz Hermann Jacobis motor som kunde lyfta 10 till 12 pund med en hastighet av en fot per sekund, cirka 15 watts mekanisk effekt 1834. År 1835 beskriver Francis Watkins en elektrisk "leksak" som han skapade; han anses allmänt vara en av de första som förstår utbytbarheten mellan motor och generator .

Typ och konstruktion av rotorer

Induktionsmotorer (asynkrona), generatorer och generatorer ( synkrona ) har ett elektromagnetiskt system som består av en stator och en rotor. Det finns två utföranden för rotorn i en induktionsmotor: ekorrbur och sår. I generatorer och generatorer är rotorkonstruktionerna framträdande poler eller cylindriska .

Ekorrburrotor

Ekorrburrotorn består av laminerat stål i kärnan med jämnt fördelade stänger av koppar eller aluminium placerade axiellt runt periferin , permanent kortslutna i ändarna av ändringarna. Denna enkla och robusta konstruktion gör den till favoriten för de flesta applikationer. Monteringen har en twist: stängerna är snedställda, eller sneda, för att minska magnetiska brum och slitsövertoner och för att minska tendensen till låsning. Inhyst i statorn kan rotorn och statortänderna låsa när de är lika många och magneterna placerar sig lika från varandra, motverkande rotation i båda riktningarna. Lager i varje ände monterar rotorn i sitt hus, med ena änden av axeln utskjutande för att möjliggöra fastsättning av lasten. I vissa motorer finns en förlängning i den icke-drivande änden för hastighetssensorer eller andra elektroniska kontroller. Det genererade vridmomentet tvingar rörelse genom rotorn till lasten.

Sårrotor

Den lindade rotorn är en cylindrisk kärna gjord av stållaminat med slitsar för att hålla trådarna för dess 3-faslindningar som är jämnt fördelade med 120 elektriska grader från varandra och anslutna i en "Y"-konfiguration. Rotorlindningsterminalerna tas ut och fästs på de tre glidringarna med borstar, på rotorns axel. Borstar på släpringarna gör att externa trefasmotstånd kan kopplas i serie till rotorlindningarna för att ge varvtalsreglering. De yttre motstånden blir en del av rotorkretsen för att producera ett stort vridmoment när motorn startas. När motorn ökar hastigheten kan motstånden reduceras till noll.

Framträdande polrotor

Cylindrisk rotor

Framträdande polrotor

En framträdande polrotor är byggd på en stapel av "stjärnformade" stållamineringar, vanligtvis med 2 eller 3 eller 4 eller 6, kanske till och med 18 eller fler "radialstift" som sticker ut från mitten, som var och en är lindad med koppartråd för att bilda en diskret utåtvänd elektromagnetpol. De inåtvända ändarna av varje utsprång är magnetiskt jordade i rotorns gemensamma centrala kropp. Polerna matas med likström eller magnetiseras med permanentmagneter . Ankaret med trefaslindning sitter på statorn där spänningen induceras. Likström (DC), från en extern exciter eller från en diodbrygga monterad på rotoraxeln, alstrar ett magnetiskt fält och aktiverar de roterande fältlindningarna och växelström aktiverar ankarlindningarna samtidigt.

Icke utskjutande rotor

Den cylindriskt formade rotorn är gjord av en solid stålaxel med slitsar som löper längs cylinderns yttre längd för att hålla rotorns fältlindningar som är laminerade kopparstänger införda i slitsarna och är säkrade med kilar. Slitsarna är isolerade från lindningarna och hålls i änden av rotorn av släpringar. En extern likströmskälla (DC) är ansluten till de koncentriskt monterade släpringarna med borstar som löper längs ringarna. Borstarna får elektrisk kontakt med de roterande släpringarna. Likström tillförs också genom borstlös magnetisering från en likriktare monterad på maskinaxeln som omvandlar växelström till likström.

Funktionsprincip

I en trefasinduktionsmaskin aktiverar växelström som tillförs statorlindningarna den för att skapa ett roterande magnetiskt flöde. Fluxet genererar ett magnetfält i luftgapet mellan statorn och rotorn och inducerar en spänning som producerar ström genom rotorstängerna. Rotorkretsen är kortsluten och ström flyter i rotorledarna. Verkan av det roterande flödet och strömmen producerar en kraft som genererar ett vridmoment för att starta motorn.

En generatorrotor består av en trådspole omsluten runt en järnkärna. Den magnetiska komponenten i rotorn är gjord av stållamineringar för att underlätta stansning av ledarslitsar till specifika former och storlekar. När strömmar går genom trådspolen skapas ett magnetfält runt kärnan, vilket kallas fältström. Fältströmstyrkan styr magnetfältets effektnivå. Likström (DC) driver fältströmmen i en riktning och levereras till trådspolen av en uppsättning borstar och släpringar. Som alla magneter har magnetfältet som produceras en nord- och en sydpol. Den normala medursriktningen för motorn som rotorn driver kan manipuleras genom att använda magneter och magnetfält som är installerade i rotorns design, vilket gör att motorn kan köras baklänges eller moturs .

Egenskaper hos rotorer

• Squirrel-cage-rotor

Denna rotor roterar med en hastighet som är lägre än statorns roterande magnetfält eller synkronhastighet.

Rotorslirning ger nödvändig induktion av rotorströmmar för motorvridmoment, vilket är proportionellt mot slirning.

När rotorhastigheten ökar minskar slirningen.

En ökning av slirningen ökar den inducerade motorströmmen, vilket i sin tur ökar rotorströmmen, vilket resulterar i ett högre vridmoment för ökade belastningskrav.

• Lindrad rotor

Den här rotorn arbetar med konstant varvtal och har lägre startström.

Externt motstånd läggs till rotorkretsen, ökar startvridmomentet

Motorns köreffektivitet förbättras eftersom det yttre motståndet minskar när motorhastigheten ökar.

Högre vridmoment och hastighetskontroll

• Utmärkande polrotor

Denna rotor arbetar med en hastighet under 1500 rpm (varv per minut) och 40 % av dess nominella vridmoment utan excitation

Den har en stor diameter och kort axiell längd

Luftgapet är ojämnt.

Rotorn har låg mekanisk styrka

• Cylindrisk rötor

Rotorn arbetar med hastigheter mellan 1500-3000 rpm

Den har stark mekanisk styrka

Luftgapet är likformigt

Dess diameter är liten och har en stor axiell längd och kräver ett högre vridmoment än utskjutande polsrotor

Rotorekvationer

Rotorstångens spänning

Det roterande magnetfältet inducerar en spänning i rotorstängerna när det passerar över dem. Denna ekvation gäller inducerad spänning i rotorstängerna.

$E=BL(V_{syn}-V_{m})$

var:

$E$ = inducerad spänning

$B$ = magnetfält

$L$ =ledarlängd

$V_{syn}$ =synkron hastighet

$V_{m }$ = ledarhastighet

Vridmoment i rotorn

Ett vridmoment alstras av kraften som alstras genom interaktionerna mellan magnetfältet och strömmen som uttrycks av det givna: Ibid .

$F=(BxI)L$

$T=Fxr$

var:

$F$ =kraft

$T$ =vridmoment

$r$ =rotorringarnas radie

$I$ =rotorstång

Induktionsmotorslip

Ett statormagnetfält roterar med synkron hastighet, $n_{s}$ Ibid

$n_{s}={\frac {120f}{p}}$

var:

$f$ = frekvens

$p$ = antal poler

Om $n_{m}$ = rotorhastighet, uttrycks slirningen, S för en induktionsmotor som:

$s={\frac {n_{s}-n_{m}}{n_{s}}}\ gånger 100\%$

rotorns mekaniska hastighet, i termer av slirning och synkronhastighet:

$n_{m}=(1-s)n_{s}$

$\omega _{m}=(1 -s)\omega _{s}$

Relativ glidhastighet:

$n_{slip}=n_{s}-n_{m}$

Frekvens av inducerade spänningar och strömmar

$f_{r}=sf_{e}$

Se även

• ( elektroteknik) - vilken "rotor" som helst som bär någon form av växelström
• Balanseringsmaskin
• Kommutator (elektrisk)
• Elektrisk motor
• Fältspole
• Rotordynamik
• Stator