Асинхронные электрические машины переменного тока

Урок

Тема урока: Асинхронные электрические машины переменного тока. Слайд 1

Цели урока:

Образовательная: изучить принцип действия и устройство асинхронной машины переменного

тока.

Развивающая: развивать техническое мышление учащихся, умение анализировать, сопоставлять

полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Воспитательная: воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.

Ход урока

1. Организация начала урока

2. Постановка цели

Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию.

В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должен работать электродвигатель, они делятся на две категории: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.

Двигатели переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными.

В наше время наиболее распространенными электродвигателями являются асинхронные двигатели. Они получили такое широкое распространение из-за своей низкой стоимости, простоты в конструкции и высокой надежности при эксплуатации. Коэффициент полезного действия (КПД): асинхронных двигателей при мощностях более 1 кВт составляет 0,7 — 0,95.

Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.

Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую энергию. Благодаря простоте устройства, высокой надежности в эксплуатации и меньшей стоимости по сравнению с другими двигателями асинхронные двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.

Цель: изучить принцип действия и устройство асинхронной машины переменного тока.

1. Новый материал Слайд 2

Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.

Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил. Слайд 3

Д. Возникновение электромагнитной силы в проводнике с током, помещенном в магнитное поле.

Для увеличения электромеханических сил электрические машины имеют обмотки, состоящие из большого числа проводов.

Работа асинхронного двигателя основана на явлении, названном «диск Араго-Ленца». Слайд 4

Если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и вращать магнит вокруг его оси, то медный диск будет вращаться в том же направлении. При вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение.

На основании закона Ленца направление индуктированного тока таково, что противодействует причине его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в диске стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита.

В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока. Слайд 5

Возникающее магнитное поле статора пересекает обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора проходит ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем обмотки статора создастся вращающий момент, под действием которого ротор начнет вращаться по направлению магнитного поля.

Устройство. Слайд 6

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. Слайд 7

Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия. Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами.

Если электродвигатель трехфазный, то каждая фаза расположена по отношению к другой фазе под углом 120 градусов.

Полярность полюсов все время меняется, так как ток переменный. Именно эта возможность смены полюсов и используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию.

Ротор – подвижная часть электродвигателя, которая вращается на валу электродвигателя, двигаясь за магнитным полем статора. Ротор имеет пазы, в которые укладывают медные или алюминиевые проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные двигатели могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Наибольшее применение нашли роторы с короткозамкнутыми обмотками, или как их еще называют «беличьи колеса» из-за конструкции, которая напоминает барабаны для белок.

Принцип действия. Слайд 8

Трёхфазное напряжение на обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора движется быстрее ротора, это способствует наведению тока в проводниках обмотки ротора, в результате чего образуется магнитное поле ротора. Магнитное поле, возникающее в обмотках ротора, стремясь приблизиться к магнитному полю статора, заставит ротор вращаться. Во время работы двигателя частота вращения ротора всегда ниже частоты вращения магнитного поля статора. Следовательно, магнитное поле ротора может пересекать магнитное поле статора и создавать вращающий момент.

Электродвигатель, у которого ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля статора, называют асинхронным.

На вал ротора напрессовываются подшипники, которые при сборке электродвигателя вставляются в переднюю и заднюю крышки статора. Затем эти крышки стягиваются с помощью шпилек.

Вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе. Слайд 9

1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал. Слайд 10

На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные.

Pн, Uн, Iн, nн, а также тип машины.

Pн – это номинальная полезная мощность (на валу)

Uн и Iн – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, IнY/Iн∆.

nн – номинальная частота вращения в об/мин.

Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.

315 – высота оси вращения в мм;

S – установочные размеры (они задаются в справочнике);

8 – число полюсов машины.

На коммутационной колодке трехфазного двигателя имеется шесть зажимов, Слайд 11

к которым подключаются начала и концы обмоток каждой фазы. Обмотки могут быть соединены по схеме «звезда» или «треугольник».

1. Закрепление

2. Итог урока