Статьи мастера
Обмотки статора электродвигателя: виды и особенности
Обмотка статора электродвигателя — это система катушек из медного эмалированного провода, уложенных в пазы сердечника и соединённых в три фазы так, чтобы при подаче переменного тока создавалось вращающееся магнитное поле. Обмотки различаются числом слоёв в пазу (однослойные и двухслойные), формой катушек (концентрические и шаблонные), шагом (полный и укороченный) и схемой соединения групп, а их изоляция делится на классы по допустимой температуре — 130, 155 и 180 °C. Тип обмотки задаёт завод при расчёте двигателя, и при перемотке его сохраняют: смена типа без перерасчёта меняет характеристики двигателя.
- 3 фазы— минимум по одной катушечной группе на каждый полюс каждой фазы
- 24 / 36 / 48пазов — типичные числа для двигателей 0,25–30 кВт
- 130 / 155 / 180 °Cклассы нагревостойкости изоляции B / F / H
- ±2 %допустимый разброс сопротивления фаз у исправной обмотки
Обмотка статора электродвигателя: как она устроена?
Сердечник статора набран из листов электротехнической стали, в его внутренней расточке прорезаны пазы. В пазах лежат стороны катушек — каждая катушка одной стороной в одном пазу, другой — в пазу на расстоянии шага. Катушки одной фазы, лежащие под одним полюсом, объединяют в катушечную группу; группы соединяют последовательно или параллельно в фазу; три фазы выводят на клеммную колодку шестью концами. Провод в пазу отделён от стали пазовой изоляцией, фазы друг от друга в лобовых частях — межфазными прокладками, паз закрыт клином, а вся обмотка пропитана лаком.
| Элемент | Из чего | Для чего | Типичный отказ |
|---|---|---|---|
| Катушка | медный эмальпровод, несколько десятков витков | создаёт магнитный поток | межвитковое замыкание при повреждении эмали |
| Пазовая изоляция | плёночный или композиционный материал | отделяет провод от стали | пробой на корпус у края паза |
| Межфазная прокладка | то же, в лобовых частях | разделяет фазы | пробой между фазами |
| Клин | текстолит, стеклопластик | удерживает провод в пазу | выпадение, вибрация провода |
| Бандаж лобовых частей | шнур, лента | формует и фиксирует лобовые части | касание ротора или щита |
| Пропитка | лак, компаунд | скрепляет витки, защищает от влаги, отводит тепло | увлажнение, растрескивание от перегрева |
| Выводы | гибкий провод в термостойкой изоляции | соединяют фазы с колодкой | обрыв, обгорание у клемм |
Какие виды обмоток статора бывают?
Классификация идёт по четырём признакам, и каждый из них мастер определяет при снятии обмоточных данных до разборки.
| Признак | Вид | Где применяется | Особенность при перемотке |
|---|---|---|---|
| Число слоёв в пазу | однослойная | двигатели малой мощности, до 7–10 кВт | проще укладка, катушки разного размера |
| двухслойная | от 4 кВт и выше, большинство современных | все катушки одинаковы, нужна межслойная изоляция, укорочение шага | |
| Форма катушек | концентрическая | однослойные обмотки малых двигателей | катушки вложены одна в другую, разные шаблоны |
| шаблонная (равносекционная) | двухслойные обмотки | один шаблон на все катушки, ровные лобовые части | |
| Шаг | полный (диаметральный) | однослойные | шаг равен полюсному делению |
| укороченный | двухслойные | шаг 0,8–0,85 полюсного деления, меньше высших гармоник и меди в лобовых частях | |
| Тип по соединению катушек | петлевая | практически все статоры асинхронных двигателей | катушки группы соединяются последовательно «петлёй» |
| волновая | роторы с фазной обмоткой, крупные машины | в статорах двигателей 0,25–30 кВт не встречается |
Отдельно упомянем всыпные и жёсткие обмотки. Всыпная обмотка наматывается из круглого провода и укладывается в полузакрытые пазы по одному проводнику — это все двигатели 0,25–30 кВт. Жёсткие обмотки из прямоугольного провода с заранее изолированными секциями применяются в крупных машинах высокого напряжения и к теме небольших двигателей не относятся.
Чем однослойная обмотка отличается от двухслойной на практике?
Для заказчика разница в том, как двигатель работает: двухслойная обмотка с укороченным шагом даёт более ровный момент, меньше шума и потерь. Для мастера — в том, как её перематывать: двухслойная требует межслойной изоляции в каждом пазу и аккуратной укладки «через паз» с подъёмом первых катушек, зато все катушки одинаковы и мотаются на одном шаблоне.
Какие обмотки встречаются в двигателях, которые привозят на перемотку (ориентир по практике мастерской)
- Однослойная концентрическая≈ 55 %
- Двухслойная шаблонная с укороченным шагом≈ 40 %
- Прочие: однослойная шаблонная, цепная, спецмашины≈ 5 %
Двигатели 0,25–30 кВт; доли округлены. Однофазные двигатели учтены как однослойные.
Что такое схема обмотки и как читается шаг?
Схему записывают несколькими числами. Число пазов Z, число полюсов 2p, число пазов на полюс и фазу q = Z / (2p · 3) и шаг катушки y. Для самого массового двигателя — 36 пазов, 4 полюса — получаем q = 3: в каждой катушечной группе три катушки, групп — 12. Полюсное деление равно 36 / 4 = 9 пазов; у однослойной обмотки шаг 1–10 (полный), у двухслойной — обычно 1–8 (укороченный). Соединение групп внутри фазы — последовательное (одна параллельная ветвь) или параллельное (две и более), и это тоже часть схемы: от числа параллельных ветвей зависят витки и сечение провода.
Три фазы соединяют звездой или треугольником в зависимости от напряжения на шильдике и сети. Как не перепутать звезду и треугольник и как определить начала и концы фаз, подробно разобрано в статье как перемотать асинхронный электродвигатель.
Какие классы изоляции обмоток существуют и почему это важно?
Изоляция обмотки — эмаль провода, пазовая и межфазная изоляция, пропиточный лак — рассчитана на предельную температуру. Класс B выдерживает 130 °C, F — 155 °C, H — 180 °C. Это не температура корпуса, а температура самой горячей точки обмотки. Превышение на каждые 10 °C сокращает ресурс изоляции примерно вдвое: обмотка класса F, рассчитанная на 20 000 часов при 155 °C, при 175 °C прослужит около 5 000. Поэтому при перемотке мастер использует провод и материалы класса не ниже исходного, а чаще — на класс выше. Подробнее о проводе — в статье какой провод для перемотки двигателя выбрать.
Почему при перемотке сохраняют исходный тип обмотки?
Завод рассчитывает обмотку под конкретный сердечник: число витков под напряжение и магнитный поток, сечение — под ток и площадь паза, шаг — под форму поля. Замена двухслойной обмотки на однослойную «потому что проще» меняет коэффициент обмотки, а значит, число витков, ток холостого хода и нагрев. Перевод на другое число полюсов требует полного перерасчёта и не всегда даёт ту же мощность на том же сердечнике. Поэтому стандарт работы мастерской — снять данные старой обмотки, сверить с паспортом двигателя и повторить тип, схему и шаг один в один, подобрав провод по измерению. Отступления делаются только осознанно, по расчёту: например, при переводе двигателя с 380 на 220 В или при замене алюминиевой обмотки на медную.
Совет мастера
Ремонт вместо покупки нового двигателя
Сгоревшая обмотка — не повод списывать двигатель. Перемотка возвращает его в строй, а стоит в разы меньше нового. Вот почему заказчики из Калуги, Обнинска, Малоярославца и всей Калужской области везут на ремонт, а не едут в магазин:
- Гораздо дешевле нового Капитальный ремонт с перемоткой обходится на 60 % дешевле покупки нового той же мощности — и без ожидания поставки.
- Качество не хуже нового Новая обмотка из качественного провода, пропитка лаком и сушка в печи: после ремонта двигатель в состоянии нового и держит паспортные характеристики.
- Ресурс как у нового Служит не меньше нового: подшипники меняем, обмотку испытываем под нагрузкой перед выдачей.
- Гарантия на работу Мастер делает всё сам, с 2001 года, и отвечает за результат — на выполненный ремонт даётся гарантия.
Мощность 0,25–30 кВт · срочный ремонт за 1–2 дня · ежедневно с 8:00 до 20:00
Частые вопросы об обмотках статора
Чем отличается обмотка однофазного двигателя от трёхфазного?
У однофазного двигателя две обмотки — рабочая и пусковая — сдвинутые в пазах на 90 электрических градусов. Пусковая обычно занимает треть пазов, намотана более тонким проводом с большим числом витков и работает через конденсатор. Данные снимаются с обеих обмоток отдельно.
Можно ли заменить алюминиевую обмотку медной при перемотке?
Да, и это улучшает двигатель: медь при том же сечении имеет в 1,6 раза меньшее сопротивление. Число витков сохраняют, сечение подбирают так, чтобы заполнение паза осталось допустимым. Иногда удаётся взять медь меньшего сечения с тем же сопротивлением и облегчить укладку.
Что такое «укороченный шаг» и зачем он нужен?
Шаг катушки меньше полюсного деления, обычно на 15–20 %. Это ослабляет высшие гармоники магнитного поля, снижает шум и дополнительные потери, экономит медь в лобовых частях. Используется в двухслойных обмотках; в однослойных укорочение неприменимо.
Как мастер определяет тип обмотки, если двигатель пришёл с уже вырезанной обмоткой?
По сердечнику: число пазов, их форма и размеры, длина пакета, диаметр расточки — и по паспортным данным с шильдика. По этим данным обмотка рассчитывается заново. Это дольше, чем копирование, поэтому старую обмотку лучше не трогать до мастера.
Сколько служит обмотка после перемотки?
При соблюдении технологии и нормальном режиме работы — столько же, сколько заводская: ресурс определяется классом изоляции и температурой, а не тем, кто наматывал. Сокращают ресурс перегрев, влага и вибрация от изношенных подшипников, поэтому подшипники при перемотке меняют всегда.
