Завіс: Визначення, Функція та Деталі

Що таке ротор?

Ротор — це компонент електричної машини (тобто двигуна або генератора), який проводить перемінний струм (ПС). Ротор проводить ПС навіть в DC (постійний струм) машинах через комутатор (який періодично змінює напрямок струму) або завдяки електронному комутуванню (наприклад, у безщітковому DC двигуні).

Ротор забезпечує місце для розташування і підтримку витка ротора, який взаємодіє з магнітним полем, утвореним в повітряному зазорі між статором і ротором. Статор може бути як обертовою частиною (ротором), так і нерухомою частиною (статором).

Термін "ротор" був введений в 19 столітті як технічний термін, що означає "зберігач магніту".

Як працює ротор в електродвигуні?

Електродвигун перетворює електричну енергію на механічну за допомогою електромагнітної індукції. Це трапляється, коли провідник, що несе струм, знаходиться в магнітному полі, що заставляє його рухатися, як пояснюється правило лівої руки Флемінга.

У електродвигуні статор створює обертове магнітне поле за допомогою постійних магнітів або електромагнітів. Ротор, який зазвичай є ротором, містить виток ротора, який підʼєднаний до комутатора і щіток. Комутатор змінює напрямок струму в витку ротора при обертанні, щоб він завжди був відповідним магнітному полю.

Взаємодія між магнітним полем і витком ротора генерує момент, що призводить до обертання ротора. Вал, прикріплений до ротора, передає механічну потужність іншим пристроям.

Як працює ротор в електрогенераторі?

Електрогенератор перетворює механічну енергію на електричну, використовуючи принцип електромагнітної індукції. Коли провідник рухається в магнітному полі, він індукує електромотивну силу (ЕМС) за законом Фарадея.

У електрогенераторі ротор, який зазвичай є ротором, приводиться в рух основним приводом, таким як дизельний двигун або турбіна. Ротор містить виток ротора, який підʼєднаний до комутатора і щіток. Статор створює нерухоме магнітне поле за допомогою постійних магнітів або електромагнітів.

Відносний рух між магнітним полем і витком ротора індукує ЕМС у витку ротора, що створює електричний струм через зовнішній контур. Комутатор змінює напрямок струму в витку ротора при обертанні, щоб він створював перемінний струм (ПС).

Деталі ротора та діаграма

Ротор складається з чотирьох основних компонентів: сердечника, витка, комутатора і вала. Нижче представлена діаграма, що ілюструє ці частини.

Втрати ротора

Ротор в електричних машинах втрачає деяку енергію, що зменшує його ефективність та продуктивність. Ці втрати включають:

• Втрати в меді: Це втрати потужності через опір витка ротора. Вони пропорційні квадрату струму ротора і можуть бути зменшені за допомогою використання товстіших дротів або паралельних шляхів. Втрати в меді можна обчислити за формулою:

де Pc — втрати в меді, Ia — струм ротора, а Ra — опір ротора.

Втрати через вихрові струми: Це втрати потужності через викликані струми в сердечнику ротора. Ці струми викликаються зміною магнітного потоку і виробляють тепло та магнітні втрати. Втрати через вихрові струми можна зменшити, використовуючи ламіновані матеріали сердечника або збільшуючи повітряний зазор. Втрати через вихрові струми можна обчислити за формулою:

де Pe — втрати через вихрові струми, ke — константа, що залежить від матеріалу сердечника та форми, Bm — максимальна густина потоку, f — частота зворотного потоку, t — товщина кожного ламіну, V — об'єм сердечника.

• Втрати через гістерезис: Це втрати потужності через повторне намагнічування і демагнічування сердечника ротора. Цей процес викликає тертя та тепло в молекулярній структурі матеріалу сердечника. Втрати через гістерезис можна зменшити, використовуючи м'які магнітні матеріали з низькою коерцитивністю і високою пермеабельністю. Втрати через гістерезис можна обчислити за формулою:

де Ph — втрати через гістерезис, kh — константа, що залежить від матеріалу сердечника, Bm — максимальна густина потоку, f — частота зворотного потоку, V — об'єм сердечника.

Загальні втрати ротора можна отримати, додаючи ці три види втрат:

Ефективність ротора можна визначити як співвідношення виходової потужності до вхідної потужності ротора:

де ηa — ефективність ротора, Po — виходова потужність, Pi — вхідна потужність ротора.

Проектування ротора

Проектування ротора є важливим для продуктивності та ефективності електричної машини, впливаючи на декілька ключових факторів:

• Кількість слотів: Слоти використовуються для розташування витка ротора і надання механічної підтримки. Кількість слотів залежить від типу витка, кількості полюсів і розміру машини. Загалом, більше слотів призводить до кращого розподілу потоку і струму, нижчої реактивності і втрат, а також гладшого моменту. Однак, більша кількість слотів також збільшує вагу і вартість ротора, зменшує простір для ізоляції і охолодження, а також збільшує протікання потоку і реакцію ротора.

• Форма слотів: Слоти можуть бути відкритими або закритими, залежно від того, чи вони відкриті для повітряного зазору чи ні.