Rotor a stator elektromotoru: definice, typy, účel

Dříve nebo později zájemce o elektrotechniku ​​zaslechne zmínky o rotoru a statoru a položí si otázku: „Co to je a jaký je rozdíl mezi těmito zařízeními? Jednoduše řečeno, rotor a stator jsou dvě hlavní části umístěné v elektromotoru (zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii). Bez nich by existence moderních motorů, a tedy většiny elektrických zařízení na nich založených, byla nemožná. Stator je stacionární součástí zařízení a rotor je pohyblivá část, které se otáčejí v různých směrech vůči sobě navzájem. V tomto článku podrobně rozebereme konstrukci těchto částí a princip jejich fungování.

Co je rotor

Rotor, také někdy nazývaný kotva, je pohyblivá, to znamená rotující část v generátoru nebo elektromotorech, které
široce používané v domácích a průmyslových spotřebičích.

Pokud vezmeme v úvahu rotor stejnosměrného motoru nebo univerzálního komutátorového motoru, pak se skládá z několika
hlavní komponenty, jmenovitě:

1. Jádro. Je vyrobena z mnoha lisovaných tenkých kovových desek, které jsou od sebe izolované speciálním
   dielektrikum nebo jednoduše oxidový film, který vede proud mnohem hůře než čistý kov. Jádro se skládá z nich a je to „vrstvový dort“. Díky tomu nemají elektrony čas na urychlení kvůli malé tloušťce kovu a zahřívání rotoru je mnohem menší a účinnost celého zařízení je vyšší díky sníženým ztrátám. Toto konstrukční řešení bylo vytvořeno za účelem snížení Foucaultových vířivých proudů, které nevyhnutelně vznikají při chodu motoru v důsledku přepólování magnetizace jádra. Stejný způsob zacházení s nimi se používá u střídavých transformátorů.
2. Vinutí Měděný drát, potažený lakovou izolací, je navinut kolem jádra speciálním způsobem, aby se zabránilo výskytu zkratových závitů, které jsou nepřijatelné. Celé vinutí je navíc napuštěno epoxidovou pryskyřicí nebo lakem pro fixaci vinutí, aby nedošlo k jejich poškození vibracemi od rotace.
3. Vinutí rotoru lze připojit ke komutátoru – speciálnímu bloku s kontakty bezpečně upevněnými na hřídeli. Tyto kontakty se nazývají lamely, jsou vyrobeny z mědi nebo její slitiny pro lepší přenos elektrického proudu. Po ní klouzají kartáče, obvykle z grafitu, a ve správný okamžik je do vinutí přiváděn elektrický proud. Toto se nazývá posuvný kontakt.
4. Vlastní hřídel je kovová tyč, na jejích koncích jsou sedla pro valivá ložiska, může mít závity nebo vybrání, drážky pro pero pro uchycení ozubených kol, řemenic nebo jiných dílů poháněných elektromotorem.
5. Na hřídeli je také umístěno oběžné kolo ventilátoru, aby se motor sám chladil a nemuselo se instalovat přídavné zařízení pro odvod tepla.

Stojí za zmínku, že ne každý rotor má vinutí, která jsou v podstatě elektromagnetem. Místo toho lze použít permanentní magnety, jako u bezkomutátorových stejnosměrných motorů. Ale asynchronní motor s rotorem nakrátko nemá vinutí v obvyklé podobě, místo toho se používají kovové tyče s kotvou nakrátko, ale o tom níže.

Co je stator

Stator je stacionární součástí elektromotoru. Obvykle je kombinován s tělem zařízení a je válcovou částí. Skládá se také z mnoha desek pro snížení zahřívání vlivem Foucaultových proudů, které jsou nutně lakované. Na koncích jsou sedla pro kluzná nebo valivá ložiska.

Konstrukce se nazývá statorový obal je zalisován do litinového tělesa zařízení. Uvnitř tohoto válce jsou opracovány drážky pro vinutí, které jsou stejně jako u rotoru napuštěny speciálními směsmi, aby se teplo rovnoměrněji rozkládalo po celém zařízení a vinutí se o sebe nedřela vlivem vibrací.

Statorová vinutí mohou být zapojena různými způsoby v závislosti na účelu a typu elektrického stroje. Pro třífázové
elektromotory, jsou použitelné typy připojení hvězda a trojúhelník. Jsou znázorněny ve schématu:

Pro připojení je na těle zařízení speciální rozvodná skříň („bor“). Do této krabice jsou přivedeny začátky a konce tří vinutí a jsou k dispozici speciální svorkovnice různých provedení v závislosti na výkonu a účelu stroje.

Existují vážné rozdíly v provozu motorů s různým připojením vinutí. Například při spojení s hvězdou se motor rozběhne plynuleji, ale nebude možné vyvinout maximální výkon. Při zapojení do trojúhelníku bude elektromotor vyrábět veškerý točivý moment deklarovaný výrobcem, ale rozběhové proudy v tomto případě dosahují vysokých hodnot. Elektrická síť prostě nemusí být navržena tak, aby zvládla takové zatížení. Používání zařízení v tomto režimu je plné zahřívání vodičů a na slabém místě (to jsou křižovatky a konektory) může vodič shořet a vést k požáru. Hlavní výhodou asynchronních motorů je pohodlnost změny směru jejich otáčení, stačí prohodit připojení libovolných dvou vinutí.

Stator a rotor u asynchronních motorů

Třífázové asynchronní motory mají své vlastní charakteristiky, rotor a stator se v nich liší od těch, které se používají u jiných typů
elektromotory. Rotor může mít například dvě konstrukce: klec nakrátko a fázi. Podívejme se podrobněji na strukturální vlastnosti každého z nich. Nejprve však stručně pochopme, jak indukční motor funguje.

Ve statoru se vytváří rotující magnetické pole. Indukuje indukovaný proud na rotoru a tím jej uvádí do pohybu. Rotor se tak vždy snaží „dohnat“ rotující magnetické pole.

Dále je nutné zmínit tak důležitou vlastnost asynchronního motoru, jako je prokluz rotoru. Tento jev spočívá v rozdílu mezi otáčkami rotoru a magnetickým polem vytvářeným statorem. To se vysvětluje právě tím, že proud se v rotoru indukuje pouze tehdy, když se pohybuje vzhledem k magnetickému poli. A pokud by byly rychlosti otáčení stejné, pak by tento pohyb jednoduše nenastal. V důsledku toho se rotor snaží „dohnat“ magnetické pole v rychlosti, a pokud k tomu dojde, přestane se indukovat proud ve vinutí a rotor se zpomalí. V tuto chvíli síla působící na něj roste, začíná opět zrychlovat. Tak se dosáhne efektu stabilizace rychlosti otáčení, pro který jsou tyto elektromotory velmi žádané.

Rotor veverky

Je to také konstrukce sestávající z kovových desek, které fungují jako jádro. Místo měděného vinutí jsou tam však instalovány tyče nebo tyče, které se navzájem nedotýkají a jsou na koncích zkratovány kovovými deskami. V tomto případě tyče nejsou kolmé k deskám, ale jsou nasměrovány pod úhlem. To se provádí za účelem snížení pulzací magnetického pole a točivého momentu. Tímto způsobem se získají zkratované závity, odtud název.

Prokluzový rotor

Hlavním rozdílem mezi vinutým rotorem a rotorem s kotvou nakrátko je přítomnost třífázového vinutí uloženého v drážkách jádra a
připojení ve speciálním rozdělovači se třemi kroužky místo lamel. Tato vinutí jsou obvykle spojena do hvězdy. Výroba takových elektromotorů je pracnější kvůli složitosti konstrukce, ale jejich startovací proudy jsou nižší než u motorů s kotvou nakrátko a jsou také lépe nastavitelné.

Doufáme, že po přečtení tohoto článku již nebudete mít žádné otázky o tom, co je rotor a stator elektromotoru a jaký je jejich princip fungování.