Наслаждайтесь радостью окончания учебного года весь следующий! Доступ к материалами на весь год со скидкой 90%

СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Выбрать материалы

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 15.03.2017 13:47

Железняков Андрей Владимирович

Преподавать специальных дисциплин

59 лет

733

64 800

Подписчики

Подписки

Местоположение

Украина, Донецк

Обо мне Блог Файлы Тесты Галерея Активность Награды

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА открытого занятия (лекция) на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»

Категория: Прочее

10.03.2017 13:44

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия (лекция)

на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

(конструкция и принцип действия)»

ПМ.01Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК. 01.01Электрические машины и аппараты

ОП.10 Электрические машины

Просмотр содержимого документа
«МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА открытого занятия (лекция) на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»»

МИНИСТЕРТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГПОУ«ДОНЕЦКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Цк РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ компЛЕКСОВ И БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия (лекция)

на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

(конструкция и принцип действия)»

ПМ.01Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК. 01.01Электрические машины и аппараты

ОП.10 Электрические машины

2017

МИНИСТЕРТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГПОУ «ДОНЕЦКИЙ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

Цк РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ компЛЕКСОВ И БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ

СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДЕНО

заместитель директора Директор ГПОУ

по учебной работе

_____________Р.Н.Михненко _____________И.А.Караван

«____»_________ 201__ г. «____»_________ 201__ г.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

открытого занятия (лекция)

на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

(конструкция и принцип действия)»

ПМ.01 Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования

МДК. 01.01 Электрические машины и аппараты

ОП.10 Электрические машины

2017

Составитель:Железняков Андрей Владимирович − преподавательспецдисциплин категории «специалист», к.т.н. ГПОУ «Донецкий электрометаллургический техникум».

Рецензенты:

1. Бабченко В.Г., преподаватель спецдисциплин высшей категории, председатель цикловой комиссии «Робототехнические комплексы и бытовая техника»ГПОУ «Донецкий электрометаллургический техникум».

2. Пеньков О.В., заместитель декана электротехнического факультета ГВУЗ «Донецкий Национальный технический университет», старший преподаватель кафедры «Электромеханика и ТОЭ».

В данной методической разработке на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)» дана методика проведения лекции на основе педагогических инновационных технологий (проблемная, интерактивная, развития критического мышления).

Разработка лекции направлена на обобщение и систематизацию знаний студентов, на творческую самостоятельную поисково-аналитическую работу, создания максимальных условий для развития личности через соединение разных видов деятельности студентов и преподавателя.

Методическая разработка рекомендована преподавателям дисциплин профессионального учебного цикла специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) и 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям) среднего профессионального образования для внедрения в учебно-воспитательный процесс.

Методразработка рассмотрена и одобрена на заседании цикловой комиссии «Робототехнических комплексов и бытовой техники»

ПЦК ______________ В.Г. Бабченко

Протокол № ____«____» ___________ 201__ г.

Введение

Методическая разработка на тему: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)» подготовлена в соответствии с рабочей программой профессионального модуля ПМ.01Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования и разработана на основе государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Донецкой Народной Республики № 418 от 24августа2015 года, зарегистрированного Министерством юстиции (рег. № 435 от 01 сентября 2015г.) по специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), входящей в состав укрупненной группы 13.00.00 Электро- и теплоэнергетикаи рабочей программой общепрофессиональной дисциплины ОП.10 Электрические машины, разработанной на основе государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки Донецкой Народной Республики № 425 от 25 августа 2015 года, зарегистрированного Министерством юстиции (рег. № 430 от 01 сентября 2015г.) по специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), входящей в состав укрупненной группы 15.00.00 Машиностроение.

Лекционное занятие представляет собой систематическое, последовательное, комбинированное изложение учебного материала.

План лекции позволяет дать связанное, последовательное изложение материала в соответствии с современными достижениями науки и производства.

Материал лекции обеспечивает формирование системы знаний по изучаемой теме.

Целью лекции является изучение конструкции и принципа действия асинхронного двигателя.

Полученные знания студенты могут применять при прохождении практики, выполнении курсового и дипломного проектирования.

Технологическая карта занятия (лекция)

Дата 03.02.2017

Специальность

Дисциплина

Преподаватель

Тема:

Цели:

методическая–

дидактическая –

развивающая –

воспитательная –

Вид занятия –

Тип занятия –

Методы:

Формы:

Междисциплинарные связи:

обеспечивающие –

обеспечиваемые –

Методическое обеспечение занятия:

Наглядность:

ТСО:

Литература:

основная −

дополнительная −

Группа АТП-14-1/д Курс 3

15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)

ОП.10 Электрические машины

Железняков А.В.

«Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»

усовершенствование проведения лекционных занятий с применением инновационных педагогических технологий (проблемного обучения, критического мышления, акмеологической технологии);

закрепление знаний и умений студентами предыдущего материала по теме «Элементарные генератор и двигатель»;

расширение и углубление знаний студентамио принципе работы и конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;

выполнения самостоятельной работы по вопросам тестов;

решение проблемы;

обобщение и систематизация знаний студентов по теме:«Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»;

комментирование и оценивание знания студентов с помощью дифференцированного подхода к каждому студенту;

создание условий для развития логического мышления памяти, наблюдательности, умение обобщать данные, делать выводы и сравнивать;

привитие способностей к овладению необходимых навыков самостоятельной учебной деятельности;

созданиеусловий обеспечивающих воспитание интереса к будущей профессии, изучаемому предмету;

воспитание культуры логического мышления, положительного эмоционального отношения к учению, аккуратность, умение слушать товарища и объективно оценивать результаты своего труда.

лекция.

комбинированное с элементами интерактивного обучения и аналитической работы.

продуктивный, частично-поисковый, наглядно-демонстрационный.

индивидуальная, коллективная; развивающая потенциал личности.

«Математика»,«Физика»,«Электротехника и электроника», «Метрология, стандартизация и сертификация», «Электрические измерения»;

«Основы технической эксплуатации и обслуживания электрического и электромеханического оборудования», «Электрическое и электромеханическое оборудование», «Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования», «Типовые технологические процессы обслуживания бытовых машин и приборов», «Электробытовая техника», «Технология формирования систем автоматического управления типовых технологическихпроцессов, средств измерений, несложных мехатронных устройств и систем», «Теоретические основы разработки и моделирования несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов».

1. Рабочая программа профессионального модуля ПМ.01Организация технического обслуживания и ремонта электрического и электромеханического оборудования и рабочая программа общепрофессиональной дисциплины ОП.10 Электрические машины.

2. Методическая разработка открытого занятия.

3. Опорный конспект лекций для студентов.

4. Тесты для проверки знаний, вопросы для самоконтроля.

5. Интерактивная практическая работа (презентации).

презентация,3D модельсборки асинхронного двигателя, асинхронный двигатель.

мультимедийный проектор, экран, ноутбук.

1. Кацман М. М. Электрические машины: учебник для студ. учреждений сред.

проф. образования / М.М. Кацман. − 12-е изд., стер. − М.: Издательский центр «Академия», 2013. − 496 с.

2. Кацман М. М. Расчет и конструирование электрических машин: Учеб. пособие для техникумов /М.М. Кацман. − М.: Энергоатомиздат, 1984. —360 с, ил.

3.Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учеб. пособие для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / М. М. Кацман. − М.: Издательский центр «Академия», 2005 г. − 480 с.

1. Токарев Б.Ф. Электрические машины: учебник для вузов / Б.Ф. Токарев. − М.: Энергоатомиздат, 1990г. − 624с.

2. Проектирование электрических машин: учебник для вузов / под ред.И. П. Копылова. − 4-е изд., перераб. и доп. − М.: Издательство Юрайт, 2011. − 767 с. − (Основы наук).

Ход занятия

Номер элемента			Элементы занятия, учебные вопросы		Продолжительность в минутах (80 минут)
1			2		3
1.		Организационная часть		- 2 мин
	1.1.	Взаимное приветствие преподавателя и студентов
	1.2.	Проверка присутствия студентов на занятии и их готовность к занятию.
2.		Актуализация опорных знаний домашнего задания (связь с предыдущими темами).		- 13 мин
	2.1	Контроль знаний (путем устного и письменного опроса по схемам или таблицам, картой, иллюстрациями; проведением викторины или соревнований и т.д.) Устный опрос: 1.Что представляет собой магнитное поле? 2. Какое электротехническое устройство называется электромагнитом и для чего оно предназначено? 3. В каких электротехнических устройствах используют электромагниты? 4. Что называют электрической машиной? 5. Какая электрическая машина называется генератором? 6. На каком принципе работает электродвигатель? 7. Из каких основных частей состоит любая электрическая машина? 8. В чем состоит принцип обратимости электромашин?
3.		Мотивация учебной деятельности (связь учебного материала с реалиями жизни, показ его практического значения). Асинхронные двигатели занимают наибольший удельный вес в выпуске электрических машин. О масштабах применения и значения этих двигателей в народном хозяйстве страны можно судить по тому, что асинхронные двигатели выпускают мощностью от 0,12 до 400 кВт потребляют более 60% энергии, производимой электрическими станциями. Потребность в асинхронных двигателях непрерывно растет. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором широко используются в промышленности благодаря простоте устройства и управления, надёжности в эксплуатации, наименьшим массе, габаритам и стоимости при заданной мощности. Они имеют относительно высокий КПД: 0,7 – 0,95.Их масса на единицу мощности в 1,5 – 2,0 раза ниже, чем у двигателей постоянного тока. К недостаткам асинхронных двигателей следует отнести потребление из сети реактивного тока, необходимого для создания магнитного поля, что ведет к снижению коэффициента мощности сети. Также по регулировочным свойствам они значительно хуже, чем двигатели постоянного тока. Главным образом асинхронные двигатели создаются для работы в трёхфазной сети. Материал данной темы пригодится студентам при выполнении курсового и дипломного проектов.		- 5 мин
4		Основная часть (объявление темы, проблемы занятия) Тема: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)» Проблема: «Достоинства и недостатки асинхронного двигателя»		- 40 мин
	4.1	Изложение материала лекции (по плану) План 1.Определение понятия − асинхронный двигатель. 2.Конструкция асинхронного двигателя. 3.Принцип действия асинхронного двигателя.
	4.2	Актуализация опорных знаний нового материала. Самостоятельная работа (закрепление нового материала через устный, письменный опрос, тестирование, работы схемами, таблицами, учебником, иллюстрациями, фрагментами фильма, презентаций и т.д.) 1. Определить на рисунке устройства АД основные части асинхронного двигателя. 2. Определить зависимость скорости (об/мин) от количества полюсов электродвигателя. 3.Выполнение тестовых заданий, взаимопроверка работ.
	4.3.	Решение проблемы занятия Решение проблемы: в ходе сегодняшнего занятия мы изучили назначение, конструкцию и принцип действия асинхронного двигателя. Определили преимущества и недостатки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
5.	5.1. − дополнительная:	Заключительная часть. Подведение итогов занятия (акцентирование внимания на основные понятия темы, выводы по изучение темы; комментирование и оценка работы студентов). Электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, называется «двигателем». Электромеханическое преобразование энергии в электрических машинах основано на явлении электромагнитной индукции. Электрические машины, действие которых основано на законе электромагнитной индукции, называются индуктивными. Индуктивные преобразователи электрической энергии, в которых имеются движущиеся части, называются электрическими машинами. Асинхронный двигатель имеет статор и ротор, разделённые воздушным зазором. Её активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части − конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жёсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п. Принцип действия АД: на обмотку статора подаётся переменное напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создаёт вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на обмотку ротора и по закону электромагнитной индукции наводит в ней ЭДС. В обмотке ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Ток в обмотке ротора создаёт собственное магнитное поле, которое вступает во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый зубец магнитопровода ротора действует сила, которая, складываясь по окружности, создаёт вращающий электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться. Ускорение научно-технического прогресса требует всемерной автоматизации производственных процессов. Для этого необходимо создавать электрические машины, удовлетворяющие по своим показателям и характеристикам, весьма разнообразным требованиям различных отраслей народного хозяйства.		- 15 мин
	5.2.	Комментарии и оценка работы студентов.
6.		Домашнее задание(преподаватель подробно указывает объем домашнего задания, конкретно ставит цели и задачи, формы и способы выполнения задания). 1. Знать определение асинхронного двигателя, его назначение, устройство, принцип работы. 2. Прочитать стр. 99−102 учебника [1] и ответить на вопросы стр. 103.		- 5 мин

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1 – Вопросы для устного опроса

Приложение 2 − Лекция

Приложение 3 − Презентация

Приложение 4 − Тесты

Приложение1

Вопросы для устного опроса

Вариант 1

1. Что такое генератор?

2. На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?

Вариант 2

1. Назовите основные части генератора переменного тока?

2. Закон электромагнитной индукции.

Вариант 3

1. Какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным?

2. Как определяют направление индукционного тока?

Вариант 4

1. Мощность тока.

2. Сопротивление проводника.

Вопрос	Ответ
Что такое генератор?	Устройство, вырабатывающее электрический ток. Преобразует энергию того или иного вида в электрическую. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи и др. Преобладающую роль играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока.
На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?	Появление ЭДС в неподвижных обмотках статора объясняется возникновением в них вихревого электрического поля, порожденного изменением магнитного пока при вращении ротора - явление электромагнитной индукции.
Основные части генератора	В генераторах применяют специальную магнитную систему, состоящую из двух сердечников, сделанных из электротехнической стали. Обмотки, создающие магнитное поле, размещены в пазах одного из сердечников, а обмотки, в которых индуцируется ЭДС, - в пазах другого. Один из сердечников вращается и называется ротором, неподвижный сердечник называется статором.

Вопрос	Ответ
Закон электромагнитной индукции	ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус.
Какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным?	Переменный ток можно преобразовать почти без потерь энергии. Периодические изменения направления, силы, напряжения переменного тока находят широкое применение в технике.
Как определяют направление индукционного тока?	Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного пока, которым он вызван.
Мощность тока	Определяется по формуле, измеряется в ваттах: P= I² × R (Вт)
Сопротивление проводника	Формула: R = ρ × l/S (Ом)

Приложение 2

Лекция

Тема: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»

Проблема: «Достоинства и недостатки асинхронного двигателя»

План

1. Определение понятия − асинхронный двигатель.

2. Конструкция асинхронного двигателя.

3. Принцип действия асинхронного двигателя.

Цель занятия: Изучение конструкции и принципа действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

1. Определение понятия − асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель

Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные.

Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньшей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1889 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты.

Все электрические машины обратимы, т.е. могут служить как двигателями, так и генераторами. Асинхронные машины используются главным образом как двигатели.

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов − металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Широкому использованию асинхронных двигателей в современном электроприводе способствует разработка ряда электронных устройств, позволяющих расширить регулировочные свойства двигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные двигатели не только наиболее надежные по сравнению с двигателями другого типа действия, но и самые дешевые. Поэтому применение асинхронных двигателей способствует росту надежности электропривода и снижает капитальные затраты на его создание.

2. Конструкция асинхронного двигателя

Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 1.

Рис. 1. Устройство асинхронного двигателя

Начала и концы обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя выводятся на щиток корпуса. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали, с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса». Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

Таким образом, если способное вращаться вокруг оси «беличье колесо» поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Для увеличения вращающего момента короткозамкнутый ротор помещен внутри стального сердечника.

Неподвижная часть АД.

Неподвижная часть двигателя − статор − состоит из корпуса 1 и сердечника 2 с трехфазной обмоткой 3, коробкой выводов 4 (рис. 2). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным.

Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится трехфазное напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Рис. 2. Статор асинхронного двигателя

Ротор

Ротор − вращающаяся часть машины (рис. 3), состоит из вала, на котором располагается сердечник, набранный из отдельных листов электротехнической стали и стержневой обмотки. По типу ротора машины делятся на машины с короткозамкнутым ротором (рис. 3) и на машины с фазным ротором рис. 4 (с контактными кольцами).

Рис. 3. Ротор асинхронного двигателя (а – короткозамкнутая обмотка – «беличья клетка»; б –ротор в сборе: 1 − вал, 2 − пакет, 3 − стержни короткозамкнутой обмотки,

Рис. 4. Фазный ротор асинхронного двигателя

Шихтованная конструкция

С целью ослабления вихревых токов сердечник статора делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,35 - 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Коробка выводов.

Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 5). В некоторых двигателях небольшой мощности на панели коробки выводов имеется лишь три вывода. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

а) б)

Рис. 5. Расположение выводов обмотки статора (а) и положение

перемычек при соединении обмотки статора звездой и треугольником (6)

«Звезда».

Асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 660 В, то обмотку статора следует соединить звездой.

«Треугольник».

Двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/660 В. Если в сети линейное напряжение 380 В, то обмотку статора следует соединить треугольником. Напряжение на обмотке каждой фазы будет 380 В.

Охлаждение электрических машин.

Охлаждение электрических машин − отвод тепла от активных Частей вращающихся электрических машин.

При прохождении тока по обмоткам электрических машин в них выделяется тепло, что приводит к нагреву обмоток. Если температура нагрева превышает значение, допустимое для используемой Изоляции, то происходит ее тепловое старение. В результате изоляция теряет электрическую и механическую прочность, что может явиться причиной ее повреждения и нарушения работоспособности электрической машины. Для поддержания требуемого температурного режима служит охлаждение.

Эффективность того или иного способа охлаждения определяется теплопроводностью изоляции и теплоемкостью хладагента, а также характером и скоростью его перемещения внутри и вне электрической машины. В качестве хладагента используются воздух, вода, масло и т.д. Жидкий хладагент может служить для охлаждения как ротора, так и статора электрической машины, причем направление его движения может быть свободным или упорядоченным.

3. Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Для уяснения работы такого двигателя проделаем следующий опыт (рис.6).

Укрепим подковообразный магнит на оси таким образом, чтобы его можно было вращать за ручку. Между полюсами магнита расположим на оси медный цилиндр, могущий свободно вращаться.

Начнем вращать магнит за ручку по часовой стрелке. Поле магнита также начнет вращаться и при вращении будет пересекать своими силовыми линиями медный цилиндр. В цилиндре, по закону электромагнитной индукции, возникнут вихревые токи, которые создадут свое собственное магнитное поле − поле цилиндра. Это поле будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего цилиндр начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Рис. 6. Простейшая модель для получения вращающегося

магнитного поля

Установлено, что скорость вращения цилиндра несколько меньше скорости вращения поля магнита.

Действительно, если цилиндр вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, то магнитные силовые линии не пересекают его, а следовательно, в нем не возникают вихревые токи, вызывающие вращение цилиндра.

Скорость вращения магнитного поля принято называть синхронной, так как она равна скорости вращения магнита, а скорость вращения цилиндра − асинхронной (несинхронной). Поэтому сам двигатель получил название асинхронного двигателя. Скорость вращения цилиндра (ротора) отличается от синхронной скорости вращения магнитного поля на небольшую величину, называемую скольжением (s).

В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение цилиндра мы получали благодаря вращению постоянного магнита, поэтому такое устройство еще не является электродвигателем. Надо заставить электрический ток создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора. Задачу эту в свое время блестяще разрешил М. О. Доливо-Добровольский. Он предложил использовать для этой цели трехфазный ток.

Вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя.

Из принципа действия асинхронного двигателя следует, что непременным условием работы асинхронного двигателя является наличие в нем магнитного поля, вращающегося с частотой n₁(синхронная частота вращения). Это поле создается при включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного переменного тока. Процесс наведения вращающегося магнитного поля называют возбуждением асинхронной машины (рис. 7). Возбуждение создается реактивной (индуктивной) составляющей переменного тока, поступающего из сети в обмотку статора.

Рис. 7. Модель асинхронного двигателя

(1 − трехфазная обмотка статора, 2 – статор, 3 – обмотка ротора,

4 – ротор, 5 – вал, 6 – воздушный зазор)

Скольжение

Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Величина, характеризующая отставание скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора, называется скольжением:

Обычно скольжение выражают в процентах, в зависимости от мощности двигателя скольжение изменяется от двух до восьми процентов.

Генераторный режим.

В соответствии с принципом обратимости электрических машин, асинхронные машины могут работать не только в двигательном, но и в генераторном режимах. Для этого необходимо возбудить асинхронную машину, подключив ее обмотку статора к трехфазной сети, и посредством приводного двигателя (турбина, двигатель внутреннего сгорания) привести во вращение ротор машины в направлении вращения магнитного поля статора с частотой, превышающей частоту вращения этого поля n₂ n₁. В этих условиях характер движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы), так как ротор будет обгонять поле статора, и скольжение станет отрицательным, т. е.

ЭДС, наведенная вращающимся полем статора в обмотке ротора вращающегося с частотой n₂ n₁, изменит свое направление и превысит напряжение сети. При этом асинхронная машина из потребителя электроэнергии превратится в источник и будет отдавать в сеть активную мощность P₂, являющуюся преобразованной механической мощностью приводного двигателя. Другими словами, асинхронная машина будет работать в генераторном режиме.

Двигательный режим.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n₂ = 0). При этом скольжение s равно единице. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой n₂ лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n₁ и скольжение весьма мало отличается от нуля (s~0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением s_ном. Для асинхронных двигателей общего назначения s_ном = 1…8 %, при этом меньшие значения номинального скольжения соответствуют двигателям большей мощности.

Частота вращения

Три фазы статорной обмотки располагаются под углом 120° друг относительно друга и при подключении к трехфазной сети создают вращающееся магнитное поле с частотой

где f − частота тока сети;

p − число пар полюсов.

Обычно каждая фаза разбивается на секции – полюсы. От числа пар полюсов зависит частота вращения (табл. 1)

Таблица 1

p	1	2	3	4	5	6
n₁, мин^-1	3000	1500	1000	750	600	500

Холостой ход

Холостой ход электрической машины − состояние электрической машины, в котором она не осуществляет преобразование энергии.

Холостой ход электродвигателя − состояние электродвигателя в котором потребляемая им мощность расходуется только на преодоление момента сопротивления, обусловленного трением в подшипниках и потерями на охлаждение.

Холостой ход электродвигателя осуществляется путем подачи на его обмотку номинального напряжения питания при отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения электродвигателя равна номинальному значению, или несколько выше его, а ток потребления имеет минимальное значение.