Статор электрической машины¶

Статор — неподвижная часть электрической машины (двигателя или генератора), на которой расположены обмотки, принимающие или создающие магнитное поле. Вместе с подвижной частью — ротором — статор образует основную конструкцию большинства электрических машин. Слово происходит от латинского stator — «стоящий», что отражает его неподвижное положение в машине.

¶Назначение и принцип работы

В генераторе статор служит местом размещения наводящей (якорной) обмотки: вращающееся магнитное поле ротора пересекает проводники обмотки статора и индуцирует в них электродвижущую силу (ЭДС). В двигателе, наоборот, по обмоткам статора пропускается ток, который создаёт вращающееся магнитное поле; это поле взаимодействует с полем ротора и приводит его во вращение.

Статор воспринимает значительные электромагнитные усилия и тепловые нагрузки, поэтому от его конструкции зависит надёжность и КПД всей машины.

¶Конструкция

Статор электрической машины состоит из следующих основных элементов:

• Сердечник — магнитопровод, изготовленный из тонких изолированных электротехнической сталью листов (пакета штампованных листов). Толщина листов обычно составляет 0,35–0,5 мм. Шихтование снижает потери на вихревые токи. В крупных машинах сердечник собирают из секторных сегментов.
• Обмотка — система изолированных проводников (обычно медных или алюминиевых), уложенных в пазах сердечника. В трёхфазных машинах обмотка состоит из трёх групп катушек, сдвинутых по окружности на 120° электрических.
• Корпус (рама) — чугунная или алюминиевая отливка, либо сварная конструкция, воспринимающая механические нагрузки и служащая для крепления машины. В современных конструкциях корпус часто является одновременно теплоотводом.
• Подшипниковые щиты — удерживают подшипники ротора и закрывают полость машины.

В пазах сердечника обмотка изолирована от железа слоем лакоткани или микаленты; сверху уложены клинья или волокнистые заглушки, предотвращающие выпадение обмотки под действием центробежных и электромагнитных сил.

¶Виды обмоток статора

По типу распределения проводников различают:

• Горячие (распределённые) обмотки — катушки уложены в несколько пазов, что обеспечивает синусоидальное распределение магнитодвижущей силы. Применяются в большинстве машин переменного тока.
• Сосредоточенные (концентрированные) обмотки — каждая катушка занимает один паз. Используются в маломощных машинах, электродвигателях с постоянными магнитами и некоторых генераторах.

В трёхфазных машинах применяются соединения обмотки «звезда» и «треугольник», а также фазные обмотки с различными схемами коммутации для регулирования частоты вращения.

¶Материалы

Основной материал сердечника — электротехническая сталь (низколегированная кремнистая сталь марок Э11, Э12, Э13 и аналоги). Для высокочастотных машин применяют пермаллой или ферриты. Обмоточный провод — медный (марки ПЭВ, ПЭЛ) или алюминиевый, изолированный эмалью или ленточной изоляцией. В машинах высокого напряжения используются слюдяные и стеклоленточные изоляционные материалы.

¶Охлаждение

Статоры мощных машин охлаждаются воздушным, водяным или водородным способом. В турбогенераторах с водородным охлаждением статор может иметь внутрипакетные каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. В электродвигателях общего назначения применяется естественное или принудительное воздушное охлаждение через вентиляционные каналы сердечника.

¶Применение

Статоры применяются в электрических машинах практически всех типов:

• асинхронных и синхронных двигателях;
• турбогенераторах и гидрогенераторах электростанций;
• электродвигателях тягового транспорта;
• генераторах автомобильных и авиационных систем;
• линейных двигателях, где статор растянут в прямолинейную конструкцию.

В промышленности России производством статоров и статорных сердечников занимаются заводы «Электросила» (Санкт-Петербург), «Электротяжмаш» (Хабаровск) и ряд других предприятий, выпускающих оборудование для энергетики.

¶Дефекты и диагностика

Наиболее распространённые повреждения статора — межвитковые и межфазные замыкания обмотки, нарушение изоляции вследствие старения, перегрева или вибрации, а также ослабление закрепления сердечника. Диагностика включает измерение сопротивления изоляции мегаомметром, испытание повышенным напряжением, вибрационный контроль и тепловизионный осмотр.

¶История

Первые электрические машины XIX века имели простейшие статоры с сосредоточенными обмотками. Распределённые обмотки были предложены в 1880-х годах; их развитие связано с работами Михаила Доливо-Добровольского, создавшего в 1889 году конструкцию трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и распределённой обмоткой статора.

Источники:

• «Электротехнический справочник», под ред. Б.А. Лопатина
• В.П. Костин, «Электрические машины», учебник
• Э. Шпигонг, «Электрические машины», справочник
• ГОСТ 183-74 «Электрические машины. Общие технические условия»