Россия, Армавир
СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ
Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно
Скидки до 50 % на комплекты
только до
Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой
Организационный момент
Проверка знаний
Объяснение материала
Закрепление изученного
Итоги урока
Был в сети 18.04.2024 09:55
Казетов Сергей Николаевич
преподаватель
57 лет
6 881
8 245 
Местоположение
Специализация
Электротехника -1
Категория:
Информатика
16.01.2022 21:08
Просмотр содержимого документа
«Электротехника -1»
ЛЕКЦИЯ №17
ТЕМА: Назначение машин переменного тока
К электрическим машинам относятся электромашинные генераторы, электродвигатели и преобразователи.
Электрические машины, действие которых основано на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии в электрическую называются электромашинными генераторами.
Электрические машины, действие которых основано на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования электрической энергии в механическую называются электродвигателями. Преобразователями называются электрические машины служащие для преобразования электрической энергии одних параметров в другие. Преобразовываться могут род тока, частота, напряжение число фаз.
Электрические машины обладают свойством обратимости, то есть могут работать генераторами если их вращать каким-либо двигателем и могут использоваться как электродвигатели, если к ним подводить электроэнергию.
Электрические машины подразделяются на машины переменного и постоянного тока.
Электрические машины переменного тока в свою очередь подразделяются на синхронные, асинхронные и коллекторные.
Из машин переменного тока наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели и синхронные генераторы переменного трехфазного тока.
Электрические машины постоянного тока представляют собой сочетание машин переменного тока с механическим выпрямителем (коллектором), который преобразует переменный ток в постоянный. Электрические машины постоянного тока также имеют ограниченное применение вследствие их более высокой стоимости и сложности техобслуживания по сравнению с машинами переменного тока.
АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ
Работа асинхронного двигателя основана на явлении, названном «диск Араго—Ленца». Это явление заключается в следующем: если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск (1), свободно сидящий на оси (2), и начать вращать магнит вокруг его оси с помощью рукоятки (3), то медный диск будет вращаться в том же направлении.
Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуцирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуцированного тока таково, что оно противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи стремятся задержать вращение магнита, но не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение таким образом, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше частоты вращения магнита. Если бы их частоты почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле
не перемещалось бы относительно диска и, следовательно, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под воздействием которой диск вращается.
В асинхронных двигателях постоянное магнитное поле заменено вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной системой переменного тока.
Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на явлении вращающегося магнитного поля.
Вращающимся называется магнитное поле, вектор магнитной индукции которого вращается с постоянной угловой скоростью. При этом модуль вектора магнитной индукции остается постоянным. Опытным путем было установлено, что если три катушки из провода расположить в пространстве под углом 1200 друг к другу и пропустить по ним переменный трехфазный ток, то в пространстве между катушками магнитное поле будет вращаться с угловой скоростью, зависящей от частоты переменного трехфазного тока.
Рассмотрим три одинаковые катушки из провода, расположенные таким образом, чтобы их оси пересекались под углом 1200. На рисунке каждую катушку схематически будем изображать в виде одного витка. Катушки будем изображать в поперечном разрезе.Начала катушек присоединены к трем линейным проводам и обозначены буквами A,B,C. Концы катушек обозначены X, Y, Z и соединены в одной точке, то есть катушки соединены звездой.
Графики токов проходящих по катушкам имеют представлены на рисунке. Мгновенные значения токов положительного направления расположены выше оси времени, а отрицательные то есть противоположного, ниже оси времени.
Проанализируем направление суммарного магнитного поля катушек в несколько последовательных моментов времени.
На рисунке при положительном направлении тока на начале катушки стоит “ + “, а на конце катушки стоит “ . “. При отрицательном направлении тока в катушке обозначения обратные: на начале катушки стоит “ .”, а на конце “ + “.
Направление силовых линий суммарного магнитного поля катушек определяется по правилу буравчика.
Выберем три последовательных момента времени:
1= A = 0, B 0;
2= C = 0, A 0, B
3= B = 0, A 0, c
Вмомент времени 1 распределение токов и направление суммарного магнитного поля имеет следующий вид:
В момент времени 2 распределение токов и направление суммарного магнитного поля имеет следующий вид:
В момент времени 3 распределение токов и направление суммарного магнитного поля имеет следующий вид:
Сравнивая эти рисунки мы видим, что магнитное поле в пространстве между катушками повернулось против часовой стрелки на 1200. Аналогично рассмотрев направления токов в катушках в другие моменты времени можно увидеть, магнитное поле поворачивается на 3600.
Из этих рисунков видно, что у результирующего поля имеется два полюса. Вращающееся магнитное поле создаваемое тремя катушками называется двухполюсным.
Частота его вращения равна частоте трехфазного тока, который образует это поле. При частоте тока 50 Гц двухполюсное поле вращается с частотой 50 об/с или 3000 об/мин.
Вращающееся магнитное поле может быть двух-, четырех-, шести- и так далее полюсным. Это достигается увеличением числа катушек в каждой фазе. Катушки в каждой фазе включаются последовательно. При шести катушках (по две в каждой фазе) получается четырехполюсное магнитное поле. Частота вращения будет в этом случае 1500 об/мин.
Чачтота вращения магнитного поля определяется:
n = 60f/p,
где n - частота вращения в об/мин; f - частота трехфазного переменного тока; p - число пар полюсов. Частота вращения многополюсного магнитного поля относительно обмоток статора, называется
синхронной частотой.
УСТРОЙСТВО АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ.
Асинхронный электродвигатель состоит из неподвижной (статора) и вращающейся (ротора - 3) частей, а также подшипников (4) и щитка для подвода электрической энергии (5).
Основными деталями статора являются корпус (1) и сердечник с обмоткой (2). Корпус отливают из алюминия (для маломощных двигателей) или из чугуна. Сердечник статора представляет собой полый цилииндр, набранный из стальных пластин, имеющих вид кольца и изолированных друг от друга лаком. Они образуют неподвижную часть магнитопровода. Пластины стягиваются болтами. Выполнение магнитопровода из отдельных пластин уменьшает потери мощности в стали, вызываемые вихревыми токами.
Стальной сердечник магнитопровода статора закрепляется в стальном или алюминиевом корпусе, охватывающим его со всех сторон. С торцов сердечник магнитпровода закрывается крышками в которых имеются места для подшипников.
При штамповке стальных пластин на внутренней их стороне делают выступы различной формы. В результате при сборке на внутренней поверхности цилиндра статора получаются пазы, направленные вдоль образующей цилиндра.
В пазы закладывают обмотку статора, которая у трехфазных асинхронных двигателей состоит из трех фазных обмоток, смещенных по окружности цилиндра друг относительно друга на 1200.
Начала и концы фазных обмоток выводят внаружу и присоединяются к зажимам специального щитка. Выводы обмоток маркируются следующим образом:
|
|
| С1 | С2 | С3 |
|
|
|
| С6 | С4 | С5 |
|
|
|
|
|
|
| |
| Эти обозначения расшифровываются следующим образом: |
|
| |||
|
|
|
|
|
|
|
| Фаза |
| Начало обмотки |
| Конец обмотки | |
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
| |
| А |
| С1 |
| С4 | |
|
|
|
|
|
| |
| B |
| С2 |
| С5 | |
|
|
|
|
|
| |
| С |
| С3 |
| С6 | |
|
|
|
|
|
|
|
Такое расположение выводов обмоток позволяет легко соединять с помощью специальных пластин обмотки статора звездой или треугольником.
Пересоединение обмотки статора позволяет использовать один и тот же двигатель при двух напряжениях. Например, если двигатель расчитан на работу при соединении обмоток статора звездой при 380 В, то он может развивать ту же мощность при тех же оборотах при напряжении 220 В при соединении обмоток статора треугольником.
Внутри статора помещается вращающаяся часть электродвигателя - ротор.
Ротор асинхронного двигателя также набирают из стальных штампованных листов в форме дисков. Насаженные на вал они образуют ротор имеющий форму цилиндра. По окружности диска выштамповывают отверстия, образующие при сборке ротора пазы в которые закладывают обмотку ротора.
По конструктивному исполнению обмотки ротора асинхронные двигатели подразделяют на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором.
Короткозамкнутая обмотка ротора образуется медными или латунными неизолированными стержнями, помещенными в пазы ротора. По торцам стержни соединяют медными короткозамыкающими кольцами. Такая короткозамкнутая обмотка отдельно от ротора имеет вид клетки, называемой «беличьим колесом».
Обмотку фазного ротора выполняют из изолированных проводников. В пазы ротора укладывают три фазные обмотки сдвинутые в пространстве на 1200. Обмотка ротора получается такой же как и обмотка статора.
Фазные обмотки ротора соединяют звездой, при этом их начала соединяют с контактными кольцами, насаженными на вал и изолированными как от вала, таки друг от друга. Контактные кольца вращаются вместе с валом. По ним скользят неподвижные графитовые щетки. Такое устройство позволяет обмотки замкнуть накоротко или подключить к обмоткам ротора пусковые трехфазные реостаты, которые позволяют снизитьвеличину пускового тока.
На схемах асинхронные двигатели изображают такими стандартными обозначениями:
| с короткозамкнутым ротором | с фазным ротором |
|
|
|
|
|
|
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
При включении двигателя в сеть трехфазного переменного тока в статоре образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают стержни или обмотки ротора. При этом согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора индуктируется э.д.с., пропорциональная скорости пересечения силовых линий.
Под действием индуктированной э.д.с. в короткозамкнутом роторе возникают значительные токи.
В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем возникает сила, действующая на проводники ротора (закон Ампера), направление которой определяется по правилу левой руки (если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на ток).
Эта сила создает момент силы, вызывающий вращение ротора в направлении вращения магнитного поля статора. Этот момент силы также называется вращающим моментом.
Частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора. По этой причине эти электродвигатели называются асинхронными.
Ротор не может вращаться синхронно с магнитным полем, так как при совпадении частот не будет относительного движения магнитного поля и ротора, вследствие чего ротор не будет пересекаться полем, в нем не будет наводится ток и, следовательно исчезнет вращающий момент.
Разность частот вращения поля статора и ротора отнесенная к частоте вращения магнитного поля статора называется скольжением. Скольжение показывает на сколько частота вращения ротора отстает от вращающегося магнитного поля.
s = 100% (n1 - n2)/n1
где n1- частота вращения магнитного поля; n2 - частота вращения ротора. В начальный момент включения электродвигателя частота вращения ротора n2 = 0 и s = 1.
У выпускаемых промышленностью электродвигателей при полной нагрузке скольжение колеблется от
2% до 12%.
Контрольные задания:
1.Внимательно изучить предложенную тему.
2.Составить конспект по изученному материалу.
3.Углубленно изучить материал, используя Интернет-ресурсы.
4.Написать отчет о проделанной работе .
Вебинар для учителей
Свидетельство об участии БЕСПЛАТНО!
