Теоретический материал к заданию. В настоящее время во всех областях экономики широко используются электрические машины

В настоящее время во всех областях экономики широко используются электрические машины. Их мощность может составлять от нескольких Вт до миллионов Вт.

Физическую основу работы электрических машин всех типов составляют электромагнитные явления: силовое действие магнитного поля и электромагнитная индукция.

Электрические машины, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую, называются электрическими генераторами.

Электрические машины, в которых электрическая энергия преобразуется в механическую, называются электродвигателями.

Все электрические машины обладают свойством обратимости, которое заключается в том, что одна и та же машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Устройство асинхронных двигателей

Асинхронным двигатель называется потому, что скорость вращения ротора меньше скорости вращения магнитного поля.

Рисунок 4.1 Внешний вид асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора и ротора.

Статор – неподвижная часть. Он представляет собой корпус, сердечник и обмотку.

Рисунок 4.2 Внешний вид статора асинхронного двигателя

Корпус служит для соединения всех частей двигателя в единую конструкцию и крепления его к основанию. У двигателей малой и средней мощности корпус литой из алюминия или чугуна, для двигателей большой мощности корпус изготавливают сварным из стали.

В корпус запрессован сердечник, который собирают из изолированных листов электротехнической стали. Такая конструкция позволяет снизить нагрев сердечника вихревыми токами.

Рисунок 4.3 Сердечник статора асинхронного двигателя

В пазы сердечника укладывается обмотка. Основным элементом обмотки является секция, которая может иметь один или несколько витков. Секции соединяются в катушки, а из катушек состоит обмотка фазы. У трехфазных асинхронных двигателей обмотка выполняется трехфазной и соединяется звездой или треугольником.

Ротор – подвижная часть. Он состоит из сердечника цилиндрической формы, набранного из тонких изолированных листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазы сердечника.

В зависимости от конструкции обмотки роторы делятся на 2 вида: короткозамкнутый и фазный.

Короткозамкнутый ротор имеет короткозамкнутую обмотку (типа «беличья клетка»). Такая обмотка представляет собой медные или алюминиевые стрежни, замкнутые по бокам медными или алюминиевыми кольцами. Обычно такая конструкция ротора используется в двигателях малой и средней мощности (до 100 кВт).

Рисунок 4.4 Короткозамкнутый ротор асинхронного двигателя

Фазный ротор имеет трехфазную обмотку, которая соединяется по схеме «звезда». Начала фазных обмоток соединяются с контактными кольцами.

Контактные кольца представляют собой три кольца, изолированные друг от друга и от вала. На кольца накладываются щетки, через которые к обмотке ротора можно присоединить реостат с целью улучшения пусковых и регулировочных характеристик.

Рисунок 4.5 Фазный ротор асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя

Трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя создает вращающееся магнитное поле.

Скорость вращения магнитного поля зависит от конструкции обмотки статора и частоты тока статора.

(6.1)

Принцип получения вращающегося магнитного поля показан на рисунках 6.6 и 6.7

Рисунок 4.6 Кривые фазных токов обмотки статора

Рисунок 4.7 Процесс получения вращающегося магнитного поля

Рисунок а: ток в обмотке фазы А равен нулю. Магнитный поток создается токами фаз В и С. Расположение северного и южного магнитных полюсов указано на рисунке.

Рисунок б: ток в обмотке фазы С равен нулю, и магнитный поток создается токами фаз А и С. Расположение северного и южного магнитных полюсов указано на рисунке.

Рисунок в: ток в обмотке фазы А максимальный, а токи фаз В и С равны и направлены в одну сторону. Магнитный поток создается токами фаз А, В и С. Расположение северного и южного магнитных полюсов указано на рисунке.

Рисунок г: ток в обмотке фазы А равен нулю, и магнитный поток создается токами фаз В и С, но эти токи имеют направление противоположное направлению, указанному на рисунке а. Расположение северного и южного магнитных полюсов указано на рисунке.

Рисунок д: ток в обмотке фазы А максимальный, но направлен противоположно направлению, указанному на рисунке в, токи фаз В и С равны и направлены в одну сторону. Магнитный поток создается токами фаз А, В и С. Расположение северного и южного магнитных полюсов указано на рисунке.

Затем процесс повторяется. Таким образом, трехфазный ток создает вращающееся магнитное поле. В рассмотренном примере магнитное поле вращается по часовой стрелке. Если поменять чередование фаз, то магнитное поле будет вращаться в другую сторону.

Принцип действия состоит в следующем: вращающееся магнитное поле обмотки статора, пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них ЭДС. В замкнутой обмотке ротора возникает ток такого же направления, что и ЭДС. Магнитное поле действует на проводник с током электромагнитной силой F_м, направление которой определяется по правилу левой руки. Эти силы создают вращающий момент, под действием которого ротор вращается в ту же сторону, что и магнитное поле.

Частота вращения ротора n₂ всегда меньше частоты вращения поля n₁ (n₂ < n₁, ротор «скользит» относительно поля). При n₂ = n₁ (скольжения нет) и двигатель работать не может.

Отставание скорости характеризуется скольжением.

или (4.2)

В номинальном режиме скольжение (у разных двигателей) равно 1-6%, при этом двигатель развивает на своем валу электромагнитный вращающий момент М_д.

При изменении нагрузки двигателя скольжение изменяется. При холостом ходе скольжение составляет малые доли %, а при неподвижном роторе (n₂=0) равно 100

Алгоритм расчета

Таблица 4.1

№ п/п	Действие	Формула	Единицы измерения
1.	Определение активной мощности, потребляемой асинхронным двигателем из сети		Вт
2.	Определение номинального тока двигателя		А
3.	Определение скорости вращения магнитного поля статора.	Округлить скорость вращения ротора до ближайшего большего значения синхронной скорости (см таблицу 6.2)	об/мин
4.	Определение числа пар полюсов		пар полюсов
5.	Определение скольжения		-
6.	Определение частоты ЭДС обмотки ротора	f2=f1s	Гц
7.	Определение номинального вращающего момента на валу		Н∙м

Значение синхронных скоростей при частоте тока статора 50Гц

Таблица 4.2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: