.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Владикавказский техникум железнодорожного транспорта

(ВлТЖТ-филиал РГУПС

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

5.1.1.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

Дисциплина: Электротехника и электроника

Разработал:

Преподаватель Арустамян Альберт Григорьевич

2017

Содержание

Ввдение……...………………………………………………………..…………………..4

1.Основная часть………………………………………………………………………… 5

1.1.Ход учебного занятия……..………………………………………………….. .5

1.2.Конспект занятия………………………………………………………………….. 7

2.Самоанализ …………………………………………………………………………….15

3.Заключение…………………………………………………………….……………… 16

4.Список литературы…………..……………………………………………………

1.Основная часть

ТЕМА: 5.1.1.Назначение, устройство , принцип работы и область применения электрических

машин постоянного тока.

Раздел программы Электротехника и электроника

Тип урока Изучение нового материала

Форма урока Комбинированный урок

Цели урока

1.Знакомство с новым материалом.

2.Изучение назначения и принципа действия электрических машин постоянного тока.

Устройство электрических машин постоянного тока.

3.Закрепление пройденного материала.

4.Домашнее задание.

Оборудование 1.Компьютер

2.Мультимедиапроектор

3.Классная доска

4.Лазерная указка

Дидактическое оснащение урока

1.Конспект занятий.

2.Учебники:

а) Дайлидко А.А. Электрические машины ТПС. Москва. 2002г

б) Дайлидко А.А. Электрические машины. Альбом рисунков Москва. 2002г

в) Комплект демонстрационных плакатов. Южноуральский госуниверситет.

Госучприбор.Челябинск. 2005г

г)Бондаренко В.И. Электронный учебник –Электрические машины постоянного тока

Элементы внешней

Элементы дидактической

структуры урока

Организационный момент

структуры урока

Деятельность преподавателя

Проверка наличия

Деятельность обучающихся

студентов

Приветствует обучающихся, контролирует внешний вид и готовность к занятию  

Мотивация учебной деятельности

Приветствуют преподавателя. Готовятся к занятию. староста группы докладывает о готовности студентов к занятию и отсутствующих .

Организация учебного занятия

Формулирует тему и цели занятия

Знакомит с планом и критерием оценки:

Психологически настраиваются на работу.

Записывают тему занятия и составляют краткий конспект ,излагаемого материала.

1.Составление конспекта

- история возникновения

электрических машин

-область применения электрических

машин постоянного тока

- назначение и принцип действия

электрических машин постоянного тока

- устройство электрических машин

постоянного тока

2.Анализ конспекта

3.Оценка работы студентов на занятии

4. Опрос по каждому пройденному

Вопросу и по всей теме в целом

1.1.ХОД УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ

Формирование новых знаний

Раздача заготовок рисунков

Итоги занятия

Излагает новый материал .

Подведение итогов занятия

На экране демонстрирует прилагаемые к тексту рисунки .

После каждого раздела отвечает на вопросы студентов, задаёт 1-2 контрольных вопроса с выставлением оценок. Определяет объём домашнего задания. Объявляет конец занятия.

Заготовки рисунков дополняют изображениями с доски.

Контролирует ведение конспектов и правильность заполнения рисунков.

Проводят самоанализ пройденного занятия

Введение

Урок проводится согласно Расписания занятий и календарно-тематического плану, раздел « Электрические машины постоянного тока .» ,тема 5.1.1.Назначение, устройство и область применения электрических машин постоянного тока, принцип работы.

На занятие присутствует группа Ш2-1 . Целью проведения данного занятия является повышение интереса к дисциплине в целом, как перспективной для получения знаний по электрическим машинам постоянного тока , а также для выявления подготовленности студентов по ранее изученным предметам: «Физике», «Электротехнике», «Технической механике».

1.2.Конспект проведения занятия по теме:

5.1.1.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

Электрическая энергия является основным видом энергии, используемым в современной жизни. Невозможно назвать отрасль промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта людей, где бы не использовалось электричество.

В арсенале электротехнических средств ведущее место занимают электрические машины, широко используемые как в процессе производства электрической энергии, так и в процессе ее потребления.

Небольшую историческую справку представит Лазурко

Применение электрических машин в устройствах автоматики представит Ломовцев

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное непрерывное преобразование механической и электрической энергии. В зависимости от рода тока электрические машины подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Электрические машины изготавливают на очень широкие пределы мощностей от долей ватта до миллиона киловатт и выше.

По мощности электрические машины можно подразделять на следующие группы:

до 0,5 кВт — микромашины,

0,5—20 кВт — машины малой мощности,

20-250 кВт — машины средней мощности

более 250 кВт — машины большой мощности.

Материалы применяемые в электромашиностроении

Конструктивные материалы применяются для изготовления таких деталей и частей машины, главным назначением которых является восприятие и передача механических нагрузок (валы ,станины, подшипниковые щиты и стояки, различные крепежные детали и т. д.). В качестве конструктивных материалов в электрических машинах используются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы, пластмассы. К этим материалам предъявляются требования, общие в машиностроении.

Активные материалы подразделяются на проводниковые и магнитные и предназначаются для изготовления активных частей машины (обмотки и сердечники магнитопроводов).

Изоляционные материалы применяются для электрической изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали друг от друга в расслоенных магнитных сердечниках.

Отдельную группу составляют материалы , из которых изготовляются электрические щетки, применяемые для отвода тока с подвижных частей электрических машин.

Ниже дается краткая характеристика активных и изоляционных материалов, используемых в электрических машинах.

Проводниковые материалы. Благодаря хорошей электропроводности и относительной дешевизне в качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяется электролитическая медь, а в последнее время также рафинированный алюминий.

Медные сплавы используются также для изготовления вспомогательных токоведущих частей (коллекторные пластины, контактные кольца, болты и т. д.). В целях экономии цветных металлов или увеличения механической прочности такие части иногда выполняются также из стали.

Зависимость сопротивления меди от температуры используется для определения превышения температуры обмотки электрической машины при ее работе в горячем состоянии над температурой окружающей среды.

Магнитные материалы . Для изготовления отдельных частей магнитопроводов электрических машин применяется листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и чугун. Чугун вследствие невысоких магнитных свойств используется относительно редко. Наиболее важный класс магнитных материалов составляют различные сорта листовой электротехнической стали. Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи в ее состав вводят кремний.

Изоляционные материалы . К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следую-щие требования: по возможности высокие электрическая прочность,

механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухудшает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь

вызывает уменьшение номинальной мощности машины.

Закон электромагнитной индукции

Преобразование энергии в электрических машинах происходит по закону электромагнитной индукции .

Рассмотрим закон электромагнитной индукции для генератора .

Величина ЭДС определяется по формуле:

E=B·V·l

Если концы проводника замкнуть на потребителя (активное сопротивление R ), то под действием ЭДС по цепи потечет ток I . Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем, создаст на проводнике электромагнитную силу F эм . В генераторе электромагнитная сила является тормозной.

Закон электромагнитной

индукции для двигателя

Величина электромагнитной силы

определяется по формуле:

F эм =B·I·l

Выводы:

- для любой электрической машины обязательно наличие магнитного поля и проводников, имеющих возможность взаимного перемещения;

- при работе электрической машины, как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, одновременно наблюдается индуцирование ЭДС в проводниках, перемещаемых в магнитном поле, и возникновение электромагнитной силы F эм , действующий на проводник при протекании по нему электрического тока;

- одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя (это свойство называется обратимостью)

Для получения постоянного тока во внешней цепи необходимо увеличить количество витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника и соответственно увеличить количество коллекторных пластин.

Рассмотрим принцип действия коллекторного двигателя постоянного тока на той же упрощенной модели. Если подвести к щеткам машины напряжение U от источника постоянного тока, то по обмотке якоря потечет ток I . В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем на пазовых сторонах витка появятся электромагнитные силы F эм , которые создадут на якоре электромагнитный момент М , под действием которого якорь начнет вращаться.

Рассмотрим устройство коллекторной МПТ

Машина постоянного тока состоит следующих основных частей:

неподвижной части – статора;

вращающейся части – якоря;

двух подшипниковых щитов, на которые опирается вал якоря

и щеточного аппарата.

Двигатель постоянного тока в разобранном виде: 1 — станина, 2 — якорь, 3 — подшипниковые щиты, 4 — щетки с щеткодержателями, укрепленные на траверзе, 5 — сердечник полюса

1 – вал якоря; 2 – передний подшипниковый щит;3 – коллектор; 4 – щеточный аппарат; 5 – якорь;6 – главный полюс; 7 – катушка возбуждения;8 – станина;

9 – задний подшипниковый щит;10 – вентилятор; 11 – бандажи; 12 – лапы; 13 – подшипник.

а) Статор :Состоит из станины 8 и главных полюсов 6.

1) Станина (корпус) Служит для крепления главных полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода.

Станину изготавливают из ферромагнитного материала (обычно стали) из трубы или литой. Станина имеет лапы 12 для крепления машины. На станине обычно имеется коробка выводов, на зажимы которой выведены концы обмоток.

2) Главные полюса

Предназначены для создания основного магнитного потока и состоят из шихтованного (набранного из листовой электротехнической стали) сердечника 2 и катушки возбуждения 3. Шихтованный сердечник необходим для ослабления вихревых токов.

Нижнюю, более широкую, часть сердечника полюса называют полюсным наконечником.

На машинах постоянного тока полюсные катушки делают бескаркасными – намоткой медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку. В большинстве машин (мощностью более 1 кВт) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса.

б) Якорь

Якорь МПТ 5 состоит из вала 1, на который установлен шихтованный сердечник , в пазы которого уложена обмотка. На валу так же установлен коллектор , к которому присоединена обмотка якоря. Лобовые части обмотки якоря крепятся бандажами 11. Бандаж может быть проволочным, из стальной ленты или из стеклоленты. На валу якоря установлено вентиляторное колесо 10.

1) Сердечник якоря

Сердечник якоря является частью магнитной цепи и выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Такая конструкция сердечника позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Пазы закрывают клиньями из текстолита или гетинакса.

2) Коллектор

Коллектор предназначен для преобразования переменной ЭДС в постоянную - в генераторе и постоянный ток в переменный - в двигателе.

Основными элементами коллектора являются медные коллекторные пластины, собранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. Нижняя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Коллекторные пластины изолированы друг от друга и от стальных шайб миканитовыми прокладками 4. Верхняя часть коллекторных пластин 5, называемая петушком , имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки якоря и припаивают. .

Обмотка якоря представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и припаянных к петушкам коллектора.Обмотка якоря состоит из секций (катушек), прикрепленным к двум коллекторным пластинам.

ЭДС и электромагнитный момент МПТ

p –число пар полюсов;

n – частота вращения якоря, об/мин;

Ф – основной магнитный поток, Вб;

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

N – число пазовых проводников обмотки якоря;

Конструктивная постоянная

При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока I а на каждом проводнике,

в результате взаимодействия тока с магнитным полем, появится электромагнитная сила F эм .

Совокупность всех электромагнитных сил на якоре, действующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря, создаст на якоре электромагнитный момент М (Н·м)                            

Конструктивная постоянная

Магнитная цепь МПТ состоит из:

-сердечников главных полюсов,

-воздушных зазоров,

-сердечника якоря,

-станины.

Магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей:

-большая часть – основной магнитный поток Ф , -меньшая часть – магнитный поток рассеиния Фσ .

Фσ - это часть потока главных полюсов, которая не доходит до обмотки якоря, замыкаясь на обмотке возбуждения.

При увеличении тока в обмотке возбуждения поток начинает увеличиваться прямо пропорционально МДС обмотки возбуждения, что объясняется ненасыщенностью магнитной системы (участок 1).

С ростом МДС наступает насыщение магнитной цепи, магнитные сопротивления участков увеличиваются и поток начинает расти медленнее, чем МДС и график приобретает криволинейный вид (участок 2).

Коммутация в МПТ

Коммутация – это процесс переключения секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие этот процесс явления.

Переход секции из одной параллельной ветви в другую сопровождается изменением как направления, так и значения тока в этой секции.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей , а продолжительность процесса коммутации – периодом коммутации Т к .

Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. Это поле в большинстве машин создается постоянным электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения, расположенной на главных полюсах (машины с электромагнитным возбуждением). Свойства МПТ в значительной степени зависят от способа включения обмотки возбуждения, т.е. от способа возбуждения.

Г

М

Ш2

С2

Н2

С1

Ш1

Н1

По способам возбуждения МПТ можно классифицировать следующим образом:

Пуск двигателя

Из уравнения напряжений ДПТ получим формулу тока якоря:

Способы снижения пускового тока

I п =U/(R а +R пр )

2) Пуск при пониженном напряжении Этот способ применяют для двигателей большой мощности, для которых применение пусковых реостатов неэкономично из-за значительных потерь энергии и больших габаритов реостатов.

Линия 1 - скоростная характеристика ДПТ параллельного возбуждения;

Линия 2 - скоростная характеристика ДПТ смешанного возбуждения с возбуждения с согласным включением ОВ;

Линия 3 - скоростная характеристика ДПТ последовательного возбуждения.

Заключительная часть

-фронтальный опрос: 1.Назовите отличительные признаки режимов работы машин постоянного тока :двигателя и генератора?

2.Назовите способы ограничения пусковых токов, применяемые при пуске в ход двигателя постоянного тока?

3.Назовите способы регулирования частоты?

4.Как производится реверсирование двигателя постоянного тока?

5.Сравните свойства двигателей параллельного, последовательного и

смешанного возбуждений.

-тесты, эксперименты

Выставление оценок

Домашнее задание

1. Подготовить сообщение на тему классификация электрических машин

2.Изучить раздел 1 Дайлидко А.А. Электрические машины. Альбом рисунков Москва. 2002г Дайлидко А.А. Электрические машины ТПС. Москва. 2002г

3.Бондаренко электронный учебник с тестированием

4. Решить задачу

[email protected]