Потребители электрической энергии 04.04

ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

В настоящее время существует огромное разнообразие потребителей электрической энергии, количество которых увеличивается. Научно-технический прогресс в основном идет за счет применения электрической энергии. Вместе с тем используются и потребители, применение которых началось многие десятки лет назад и даже более ста лет назад. Ниже приводится краткая характеристика основных потребителей, которые питаются от системы электроснабжение

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель - это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

Устройство

На рисунке: 1 - вал, 2,6 - подшипники, 3,8 - подшипниковые щиты, 4 - лапы, 5 - кожух вентилятора, 7 - крыльчатка вентилятора, 9 - короткозамкнутый ротор, 10 - статор, 11 - коробка выводов.

Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор.

Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется "беличьей клеткой". В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье -асинхронный двигатель с фазным ротором.

Принцип работы

При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся.

Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частотаn₁магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротораn₂, в процентном соотношении.

Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n₂ ротора относительная разность частот n₁-n₂ становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины s_кр-критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %.

Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся.

Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

Самым давним и одним из самых распространенных потребителей является 3-фазный асинхронный двигатель (АД). Он был изобретен гениальным русским инженером Доливо - Добровольским в XIXвеке. В нашей стране применяются десятки миллионов АД мощностью до 8тыс. кВт при напряжении 6кВ.Принцип работы АД состоит в следующем.На неподвижной части машины–статоре–располагаются три одинаковые обмотки–фазы, сдвинутые по окружности на 120°, т.е.они располагаются симметрично. Между собой фазы соединяются или по схеме «звезда», или по схеме «треугольник»(рис.3, 4).На вращающейся части машины–роторе–располагается обмотка ротора.

Благодаря тому, что в каждой фазе при питании от сети появляется переменное синусоидальное напряжение и соответствующий ток (в режиме холостого хода–ток холостого хода),а фазы сдвинуты в пространстве на 120°,возникает физическое явление–так называемое вращающееся магнитное поле (вращение–относительно неподвижного статора). Это поле, пересекая контуры обмотки ротора,в соответствии с принципом электромагнитной индукции наводит в этих контурах ЭДС. Если контуры замкнуты, то в них возникает электрический ток; появляется соответствующий магнитный поток. Взаимодействие двух этих магнитных потоков (статора и ротора) приводит к возникновению вращающего электромагнитного момента. Вращающееся полестатора как бы увлекает за собой ротор.Если двигатель работает в режиме холостого хода, то скорости вращающегося поля статора и ротора практически сравниваются, ток в фазах–минимальный, относительная скорость близка к нулю. В этом случае нет пересечения полем статора контуров ротора, нет ЭДС, нет тока. Если же к валу ротора приложить тормозящий механический момент (например, через муфту подсоединить к валу двигателя вал вентилятора), то ротор в своем движении будет отставать от поля статора. Появятся ЭДС, ток нагрузки, электромагнитный момент–в точности равный механическому моменту.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие магнитные поля создаются в двигателе и как они взаимодействуют?

2. Принцип работы асинхронном двигатели

3.Придумать один вопрос по теме и прислать его мне.