Назначение и конструктивные особенности асинхронных машин переменного тока (стр. 1 из 3)
Федеральное агентство по образованию
Российский государственный профессионально-педагогический университет
Инженерно-педагогический институт
Кафедра профессионально–педагогических технологий
Контрольная работа
по дисциплине: Методика профессионального обучения
на тему:
Назначение и конструктивные особенности асинхронных машин переменного тока
Екатеринбург 2010
Тема разрабатываемого урока: Назначение и конструктивные особенности асинхронных машин переменного тока
Тип урока: урок изучения новых знаний.
Образовательная цель урока: Изучение и первичное закрепление знаний. Актуализация ведущих знаний.
Оснащение урока: плакаты: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором», «Асинхронный двигатель с фазным ротором», «Магнитопровод асинхронных машин».
План урока
1. Организационная часть (приветствие, проверка присутствующих учащихся, запись даты и темы в тетрадь) 5 мин.
2. Объяснение нового материала 120 мин.
3. Вывод 15 мин.
4. Домашнее задание 20 мин.
2. Конспект учебного материала по выбранной теме
1. Назначение и области применения асинхронных машин
Асинхронной машиной называется двухобмоточная электрическая машина переменного тока, у которой только одна обмотка (первичная) получает питание от электрической сети с постоянной частотой ω1, а вторая обмотка (вторичная) замыкается накоротко или на электрические сопротивления. Токи во вторичной обмотке появляются в результате электромагнитной индукции. Их частота ω2 является функцией угловой скорости ротора Ω, которая, в свою очередь, зависит от вращающего момента, приложенного к валу.
Наибольшее распространение получили асинхронные машины с трехфазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на статоре, питаемой от сети переменного тока, и с трехфазной или многофазной симметричной разноименнополюсной обмоткой на роторе.
Машины такого исполнения называют просто «асинхронными машинами», в то время как асинхронные машины иных исполнений относятся к «специальным асинхронным машинам».
Асинхронные машины используются в основном как двигатели; в качестве генераторов они применяются крайне редко.
Асинхронный двигатель является наиболее распространенным типом двигателя переменного тока.
Разноименнополюсная обмотка ротора асинхронного двигателя может быть короткозамкнутой (беличья клетка) или фазной (присоединяется к контактным кольцам). Наибольшее распространение имеют дешевые в производстве и надежные в эксплуатации двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе, или короткозамкнутые двигатели (рис. 1). Эти двигатели обладают жесткой механической характеристикой (при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной их частота вращения уменьшается всего на 2÷5%).
Двигатели с короткозамкнутой обмоткой на роторе обладают также довольно высоким начальным пусковым вращающим моментом. Их основные недостатки: трудность осуществления плавного регулирования частоты вращения в широких пределах; потребление больших токов из сети при пуске (в 5÷7 раз превышающих номинальный ток).
Двигатели с фазной обмоткой на роторе или двигатели с контактными кольцами (см. рис. 6) избавлены от этих недостатков ценой усложнения конструкции ротора, что приводит к их заметному удорожанию по сравнению с короткозамкнутыми двигателями (примерно в 1,5 раза). Поэтому двигатели с контактными кольцами на роторе находят применение лишь при тяжелых условиях пуска, а также при необходимости плавного регулирования частоты вращения.
Двигатели с контактными кольцами иногда применяют в каскаде с другими машинами. Каскадные соединения асинхронной машины позволяют плавно регулировать частоту вращения в широком диапазоне при высоком коэффициенте мощности, однако из-за значительной стоимости не имеют сколько-нибудь заметного распространения.
В двигателях с контактными кольцами выводные концы обмотки ротора, фазы которой соединяются обычно в звезду, присоединяются к трем контактным кольцам. С помощью щеток, соприкасающихся с кольцами, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочное сопротивление или дополнительную ЭДС для изменения пусковых или рабочих свойств машины; щетки позволяют также замкнуть обмотку накоротко.
В большинстве случаев добавочное сопротивление вводится в обмотку ротора только при пуске двигателя, что приводит к увеличению пускового момента и уменьшению пусковых токов и облегчает пуск двигателя. При работе асинхронного двигателя пусковой реостат должен быть полностью выведен, а обмотка ротора замкнута накоротко. Иногда асинхронные двигатели снабжаются специальным устройством, которое позволяет после завершения пуска замкнуть между собой контактные кольца и приподнять щетки. В таких двигателях удается повысить КПД за счет исключения потерь от трения колец о щетки и электрических потерь в переходном контакте щеток.
Выпускаемые заводами асинхронные двигатели предназначаются для работы в определенных условиях с определенными техническими данными, называемыми номинальными. К числу номинальных данных асинхронных двигателей, которые указываются в заводской табличке машины, укрепленной на ее корпусе, относятся:
механическая мощность, развиваемая двигателем, РНОМ = Р2НОМ ;
частота сети f1;
линейное напряжение статора U1НОМ ;
линейный ток статора I1Л.НОМ ;
частота вращения ротора nНОМ;
коэффициент мощности cosφlHOM ;
коэффициент полезного действия ηНОМ.
Если у трехфазной обмотки статора выведены начала и концы фаз и она может быть включена в звезду или треугольник, то указываются линейные напряжения и токи для каждого из возможных соединений (Y/∆) в виде дроби UЛY/UЛ∆ и IЛY/IЛ∆ .
Кроме того, для двигателя с контактными кольцами приводятся напряжение на разомкнутых кольцах при неподвижном роторе и линейный ток ротора в номинальном режиме.
Номинальные данные асинхронных двигателей варьируются в широких пределах. Номинальная мощность – от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Номинальная синхронная частота вращения:
при частоте сети 50Гц от 3000 до 500об/мин и менее в особых случаях; при повышенных частотах – до 100000 об/мин и более (номинальная частота вращения ротора обычно на 2÷5% меньше синхронной; в микродвигателях – на 5÷20%). Номинальное напряжение – от 24В до 10кВ (большие значения при больших мощностях).
Номинальный КПД асинхронных двигателей возрастает с ростом их мощности и частоты вращения; при мощности более 0,5кВт он составляет 0,65÷0,95; в двигателях малой мощности 0,2÷0,65.
Номинальный коэффициент мощности асинхронных двигателей, равный отношению активной мощности к полной мощности, потребляемой из сети,
также возрастает с ростом мощности и частоты вращения двигателей; при мощности более 1кВт он составляет 0,7÷0,9; в двигателях малой мощности 0,3÷0,7.
2. Конструкция асинхронных машин с короткозамкнутым ротором
Конструкция асинхронной машины с короткозамкнутым ротором представлена на рисунке 1.
Статор машины состоит из магнитопровода 2, трехфазной разноименнополюсной обмотки 20, выводные концы которой с помощью выводной коробки 13 присоединяются к сети переменного тока и станины 1.
Активными элементами статора, специально предназначенными для образования вращающегося магнитного поля, являются магнитопровод 2 и обмотка 20; станина выполняет только конструктивные функции, фиксируя активные части в определенном положении (при помощи лап 14 станина неподвижно закрепляется на фундаменте).
Рисунок 1 – Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (55кВт, 1500об/мин, 50Гц, защищенный обдуваемый).
Магнитопровод 2 набирается из изолированных пластин электротехнической стали обычно толщиной 0,5мм. Пластины штампуются из листовой или рулонной электротехнической стали со стандартизованными размерами и изолируются с обеих сторон лаком. При наружном диаметре магнитопровода менее 1м, что имеет место во всех асинхронных двигателях, за исключением самых крупных, его набирают из цельных кольцеобразных пластин, на внутренней стороне которых вырублены пазы нужной формы (рис. 2, б).
В конструкции по рисунку 1 радиальные каналы в магнитопроводе отсутствуют. В этом случае кольцевые пластины собираются в пакет и прессуются вне станины на специальной цилиндрической оправке. В спрессованном состоянии пакет пластин удерживается с помощью нажимных колец 6 и стяжных скоб 5 и лишь после установки обмотки вставляется в станину.
Рисунок 2 – Кольцевые пластины магнитопроводов ротора (а) и статора (б): 1 – ярмо; 2 – зубец; 3 – паз; 4 – аксиальный вентиляционный канал; 5 – отверстие для вала; 6 – ярмо статора
Рисунок 3 – Крепление в станине статора магнитопровода с радиальными каналами, набранного из цельных пластин.
Магнитопровод, образованный из ряда пакетов кольцевых пластин, отделенных друг от друга радиальными вентиляционными каналами, собирается обычно в станине. Необмотанный статор такой конструкции показан на рисунке 3. В радиальном направлении пакеты пластин 1 центрируются ребрами станины 2, в осевом направлении они удерживаются в спрессованном состоянии нажимными шайбами 3 и приваренными после запрессовки магнитопровода шпонками 4. Каналы между пластинами образуются при помощи дистанционных распорок 5.