Методическая разработка Электрические машины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическая разработка

по ОП.03 Электротехника и электроника

на тему

 «Электрические машины»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2021

 

Цель занятия:

1.     Изучить тему Электрические машины

Время:  2 часа

 

Место: кабинет Электротехники и электроники

 

Учебно - материальное обеспечение:

Плакаты, презентации, лабораторное оборудование.

 

Распределение времени занятия:

Вступительная часть                                                                      5 мин;

Проверка подготовки обучающихся к занятию                             5 мин;

Учебные вопросы занятия                                                              25 мин;

Домашнее задание                                                                         5 мин;

Заключение                                                                                    5 мин.

 

Содержание занятия

 

Вступительная часть

 

–        принять рапорт дежурного по группе;

–        проверить наличие студентов и их готовность к занятию;

–        ответить на вопросы, которые возникли при подготовке к занятию на самостоятельной работе;

–        провести опрос по ранее изученному материалу:

–        Опрос рекомендуется провести устно, задавая вопросы и вызывая одного-двух студентов для ответа,

 

Устройство асинхронного двигателя. Магнитная система (магнитопровод) асинхронного двигателя состоит из двух частей: наружной неподвижной, имеющей форму полого цилиндра (рис. 8.5), и внутренней – вращающегося цилиндра.

Обе части асинхронного двигателя собираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Эти листы для уменьшения потерь на вихревые токи изолированы друг от друга слоем лака.

Неподвижная часть машины называется статором, а вращающаяся – ротором (от латинского stare – стоять и rotate – вращаться).

Рис. 7.5. Схема устройства асинхронного двигателя: поперечный разрез (а);

обмотка ротора(б): 1 – статор; 2 – ротор; 3 – вал; 4 – витки обмотки статора;

5 – витки обмотки ротора

 

В пазах с внутренней стороны статора уложена трехфазная обмотка, токи которой возбуждают вращающееся магнитное поле машины. В пазах ротора размещена вторая обмотка, токи в которой индуктируются вращающимся магнитным полем.

Магнитопровод статора заключен в массивный корпус, являющийся внешней частью машины, а магнитопровод ротора укреплен на валу.

Роторы асинхронных двигателей изготавливаются двух видов: короткозамкнутые и с контактными кольцами. Первые из них проще по устройству и чаще применяются.

Обмотка короткозамкнутого ротора представляет собой цилиндрическую клетку («беличье колесо») из медных шин или алюминиевых стержней, замкнутых накоротко на торцах двумя кольцами (рис.7.5,б). Стержни этой обмотки вставляются без изоляции в пазы магнитопровода.

Применяется также способ заливки пазов магнитопровода ротора расплавленным алюминием с одновременной отливкой и замыкающих колец.

7.3.3 Характеристики асинхронного двигателя. Скорость вращения вращающегося магнитного поля определяется либо угловой частотой , n, либо числом оборотов п в минуту. Эти две величины связаны формулой

                                               .                                                (7.3)

Характерной величиной является относительная скорость вращающегося магнитного поля, называемая скольжением S:

 или

где  – угловая частота ротора, рад/с;

  – число оборотов в минуту, об/мин.

Чем ближе скорость ротора  к скорости вращающегося магнитного поля , тем меньше ЭДС, индуктируемые полем в роторе, а следовательно, и токи в роторе.

Убывание токов уменьшает вращающий момент, воздействующий на ротор, поэтому ротор двигателя должен вращаться медленнее вращающегося магнитного поля – асинхронно.

Можно показать, что вращающий момент АД определяется следующим выражением:

                                  ,                       (7.4)

где , , x₁,  – параметры электрической схемы замещения, которые приводятся в справочниках по АД;

 – действующее фазное напряжение на обмотке статора.

У современных асинхронных двигателей скольжение даже при полной нагрузке невелико – около 0,04 (четыре процента) у малых и около 0,015.. .0,02 (полтора – два процента) у крупных двигателей.

Характерная кривая зависимости М от скольжения S показана на  рисунке 7.6,а.

Максимум вращающегося момента разделяет кривую  на устойчивую часть от S = 0 до  и неустойчивую часть от  до S = 1, в пределах которой вращающий момент уменьшается с ростом скольжения.

На участке от S = 0 до  при уменьшении тормозящего момента  на валу асинхронного двигателя увеличивается скорость вращения, скольжение уменьшается, так что на этом участке работа асинхронного двигателя устойчива.

На участке от  до S = 1 с уменьшением  скорость вращения увеличивается, скольжение уменьшается и вращающий момент увеличивается, что приводит к еще большему возрастанию скорости вращения, так что работа двигателя неустойчива.

Таким образом, пока тормозящий момент , динамическое равновесие моментов автоматически восстанавливается. Когда же , при дальнейшем увеличении нагрузки возрастание скольжения приводит к уменьшению вращающегося момента М и двигатель останавливается вследствие преобладания тормозящего момента над вращающим.

Значение М_к можно рассчитать по формуле

.

Для практики большое значение имеет зависимость скорости двигателя от нагрузки на валу . Эта зависимость носит название механической характеристики (рис. 7.6,б).

Как показывает кривая рисунка 7.6,б, скорость асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от нуля до максимального значения . Пусковой момент соответствующий S = 1, можно получить из (7.4), принимая     S = 1. Обычно пусковой момент М_пуск = (0,81,2)М_ном, М_ном – номинальный момент. Такую зависимость называют жесткой. 

 

Рис. 7.6. Зависимость вращающего момента на валу асинхронного двигателя

от скольжения (а); механическая характеристика (б)

 

Асинхронные двигатели получили широкое распространение благодаря следующим достоинствам: простоте устройства; высокой надежности в эксплуатации; низкой стоимости.

С помощью асинхронных двигателей приводятся в движение подъемные краны, лебедки, лифты, эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.

Асинхронные двигатели имеют следующие недостатки:

-     ток при пуске асинхронного двигателя в 5 – 7 раз превышает ток в номинальном режиме ;

-     пусковой вращающий момент относительно момента в номинальном режиме мал ;

-     регулирование скорости вращения ротора затруднено.

 

 

7.3.4 Контакторное управление асинхронными

электродвигателями

Асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, как правило, управляются при помощи магнитных пускателей.

Включение электродвигателя производится непосредственно на полное напряжение, за исключением мощных двигателей, требующих ограничения пускового тока.

Разберем простейшую схему управления электродвигателем с короткозамкнутым ротором посредством нереверсивного магнитного пускателя (рис. 7.7). Замыканием контактов вводного выключателя ВВ подается напряжение на силовую и вспомогательную цепи схемы. При нажатии на кнопку 2КУ «пуск» замыкается цепь питания катушки контактора К; при этом главные контакты контактора К замыкаются, присоединяя статор электродвигателя Д к питающей сети. Одновременно при помощи замыкающего блок-контакта К создается цепь питания катушки К независимо от положения контактов кнопки, вследствие чего дальнейшее нажатие на кнопку 2КУ становится излишним.

Отключение электродвигателя Д осуществляется путем нажатия кнопки 1КУ «стоп»; при этом размыкающие (р) контакты 1КУ разрывают цепь питания катушки контактора, что влечет за собой размыкание всех контактов и отключение цепи электродвигателя.

В схеме предусмотрена защита электродвигателя, аппаратов и проводов:

а) от коротких замыканий при помощи предохранителей 1П и 2П;

б) от перегревания при длительных тепловых перегрузках электродвигателя при помощи тепловых реле РТ, замыкающие контакты которых разрывают при перегрузке электродвигателя цепь питания катушки К; при этом нагревательные элементы тепловых реле включаются в две фазы электродвигателя;

в) от самопроизвольных повторных включений электродвигателя (нулевая защита): при снижении или исчезновении напряжения в сети электромагнитное усилие катушки К также снизится, что повлечет за собой отпускание якоря контактора и размыкание контактов; повторный пуск электродвигателя после восстановления рабочего напряжения возможен только после нажатия на кнопку «пуск».

Если требуется ограничивать пусковой ток короткозамкнутого асинхронного электродвигателя, то в цепь статора электродвигателя вводится активное сопротивление или реактор либо включается автотрансформатор. На практике широко применяются другие схемы релейно-контактного управления асинхронного двигателя, позволяющего изменять напряжение вращения его.

Рис. 7.7. Схема контакторного управления асинхронным электродвигателем

с короткозамкнутым ротором

 

 

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

-      подвести итоги занятия;

-      напомнить тему, цели и учебные вопросы;

-      объявить оценки;

-      ответить на вопросы;

-      отметить активность и дисциплину на занятии;

-      дать задание на самоподготовку.

 

Список используемой литературы

1.       Славинский, А. К. Электротехника с основами электроники : учебное пособие / А. К. Славинский, И. С. Туревский. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 448 с.

2.       Маркелов, С. Н. Электротехника и электроника : учебное пособие / С.Н. Маркелов, Б.Я. Сазанов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 267 с.