Презентация по дисциплине "Электротехника" - Машины переменного тока

• 1 слайд

  Машины переменного тока
  

• 2 слайд

  Вращающееся магнитное поле
  Основное назначение статора в машинах переменного тока – создание вращающегося магнитного поля.
  На статоре располагают три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на угол 1200.
  Ротор – магнит или электромагнит
  
  
  

• 3 слайд

  Вращающееся магнитное поле
  Выберем 4 момента времени.
  За положительное направление тока в обмотке примем направление от конца обмотки к началу
  
  
  

• 4 слайд

  Вращающееся магнитное поле
  
  
  
  
  
  В момент времени t1 ротор расположен вертикально. В обмотке А-Х тока нет (т.к. нет пересечения магнитного потока)
  В момент времени t2 по направлению ротора расположена обмотка С-Z. В ней тока не возникает.
  В момент времени t3 по направлению ротора расположена обмотка В-Y. В ней тока не возникает.
  В момент времени t4 по направлению ротора снова расположена обмотка А-Х. В ней тока не возникает. В других обмотках направление тока сменится на противоположное
  

• 5 слайд

  Количество пар полюсов
  Если статор содержит 3 катушки – 1 пара полюсов
  
  Если статор содержит 6 катушек – 2 пары полюсов
  
  Если статор содержит 9 катушек – 3 пары полюсов
  
  

• 6 слайд

  Вращающееся магнитное поле
  Скорость вращения магнитного поля
  
  [об/мин],
  
  где f – частота переменного тока [Гц]
  
  Увеличение числа пар полюсов приводит к уменьшению скорости вращения магнитного поля
  
  [об/мин], где р – число пар полюсов
  
  
  

• 7 слайд

  Вращающееся магнитное поле
  Направление вращения магнитного поля можно изменить, поменяв местами любые две фазы из трех.
  
  

• 8 слайд

  Машины переменного тока
  Асинхронные –
  Статор создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньшей скоростью (асинхронно)
  
  Изобрел в 1888 г.
  М.О. Доливо-Добровольский
  Синхронные –
  Скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора.
  

• 9 слайд

  Машины переменного тока
  Асинхронные –
  
  Используются как двигатели
  
  Синхронные –
  
  Используются как генераторы и как двигатели
  

• 10 слайд

  Асинхронный двигатель
  Могут быть однофазными (используется в быту) и трехфазными (используется на производстве)
  Самый простой по конструкции из всех электрических машин.
  
  

• 11 слайд

  Асинхронный двигатель
  
  
  
  
  
  
  
  
  Состоит из статора и ротора
  

• 12 слайд

  Трехфазный асинхронный двигатель
  1 - Статор:
  - чугунная станина, в которой закреплен магнитопровод;
  магнитопровод набирают из тонких листов стали, для уменьшения нагревания;
  в пазы статора укладывают обмотку - 4
  

• 13 слайд

  Обмотка статора
  Начала обмоток – С1,С2,С3
  Концы обмоток – С4,С5,С6
  Обмотка соединяется «звездой» или «треугольником»
  Начала и концы фаз выведены на клеммник, закреплённый на станине.
  
  
  
  

• 14 слайд

  Обмотка статора
  Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя.
  В паспорте трёхфазного двигателя указаны линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора.
  Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл=660В по схеме звезда или в сеть с Uл=380В – по схеме треугольник.
  
  
  

• 15 слайд

  Трехфазный асинхронный двигатель
  2 - ротор:
  ротор изготавливают из тонких листов стали;
  в пазах ротора размещают обмотку;
  

• 16 слайд

  Обмотка ротора
  Короткозамкнутая:
  
  
  
  
  
  
  - Выполняется заливкой пазов ротора алюминием с закорачиванием стержней кольцами
  Называется «беличья клетка»
  Не изолируется от ротора
  

• 17 слайд

  Обмотка ротора
  - укладывается изолированным проводом в виде трех фаз, соединенных «звездой» или «треугольником»;
  - концы обмотки соединяются с контактными кольцами и через щетки соединяются с пусковыми реостатами
  
  Фазная:
  
  
  

• 18 слайд

  Принцип действия асинхронного двигателя
  При включении двигателя в сеть в статоре образуется вращающееся магнитное поле, которое пересекает обмотку ротора.
  При этом, согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке ротора возникает ЭДС
  Под действием этой ЭДС в роторе возникает ток.
  В соответствии с законом Ампера на проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют механические силы, которые будут раскручивать ротор
  

• 19 слайд

  Принцип действия асинхронного двигателя
  Ротор вращается со скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля статора (т.е. асинхронно с полем)
  При увеличении механической нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, ток в обмотке ротора увеличивается.
  

• 20 слайд

  Основные параметры асинхронного двигателя
  

• 21 слайд

  Скольжение
  - скорость вращения магнитного поля статора.
  - скорость вращения ротора ( всегда меньше )
  Скольжением называют скорость вращения магнитного поля относительно ротора
  
  , где s - скольжение
  
  

• 22 слайд

  Скольжение
  скольжение зависит от нагрузки двигателя (при номинальной нагрузке – 0,02-0,05 или 2-5%)
  
  Скорость двигателя (скорость вращения ротора):
  [об/мин]
  
  

• 23 слайд

  Скольжение
  Задача 1: Скорость вращения поля статора 3000 об/мин. Скорость вращения ротора 2940 об/мин. Определить скольжение, частоту питающего тока. Сравнить скольжение с номинальными значениями.
  Ответ: 0,02
  Задача 2: Три катушки обмотки статора подключены к трехфазному току частотой 50 Гц. Скорость вращения ротора 1200 об/мин. Определить скольжение.
  Ответ: 0,2
  
  
  

• 24 слайд

  Скольжение
  При неподвижном роторе ( ) скольжение s = 1 – такое скольжение в момент пуска двигателя. Ток в обмотке ротора при этом имеет максимальное значение
  
  Скольжение зависит от момента нагрузки на валу двигателя, скорости вращения ротора
  Номинальное значение скорости ротора
  указывается на щитке электродвигателя
  

• 25 слайд

  Скольжение
  По мере раскручивания ротора скольжение уменьшается, ток в роторе также уменьшается.
  

• 26 слайд

  Вращающийся момент
  [Н*м]
  С – конструктивная постоянная
  Ф – магнитный поток статора [Вб]
  I2 – ток в обмотке ротора [А]
  cos φ2 – коэффициент мощности ротора
  

• 27 слайд

  Вращающийся момент
  Вращающийся момент зависит от скольжения.
  
  

• 28 слайд

  Вращающийся момент
  Мн – номинальный момент (соответствует скольжению 0,03-0,05)
  Мm – максимальный момент (скольжение 0,1 – 0,14)
  Мп – пусковой момент (скольжение 1)
  

• 29 слайд

  Вращающийся момент
  Асинхронный двигатель рассчитывается таким образом, чтобы:
  максимальный момент в 2-3 раза превышал номинальный;
  пусковой момент примерно равнялся номинальному
  Небольшое значение пускового момента – недостаток асинхронного двигателя
  

• 30 слайд

  Механическая характеристика
  - это зависимость скорости вращения двигателя от момента на валу
  
  

• 31 слайд

  Механическая характеристика
  
  
  
  
  
  Участок 1-3 соответствует устойчивой работе,
  участок 3-4 – неустойчивой работе.
  
  1 - идеальный холостой ход
  2 - номинальный режим работы двигателя  
  3 - критический момент Mкр и критическая частота вращения nкр
  4 - пусковой момент двигателя
  Механическую характеристику строят по паспортным данным двигателя
  

• 32 слайд

  Механическая характеристика
  
  
  
  
  
  Участок 1-3 соответствует устойчивой работе,
  участок 3-4 – неустойчивой работе.
  
  Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу.
  Это одно из достоинств этих двигателей.
  

• 33 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  

• 34 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  1. Установить схему соединения его обмоток, соответствующую номинальному режиму работы.
  Например:
  Линейное напряжение сети 220 В
  На двигателе указано 220/380В; ∆/Y
  Как надо соединить обмотки статора?
  Ответ: Обмотки надо соединить «треугольником», чтобы напряжение на них соответствовало напряжению сети.
  
  
  

• 35 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  При соединении «треугольником» увеличивается сила тока.
  Для ограничения пускового тока обмотки двигателя кратковременно соединяют «звездой».
  Переключение с «треугольника» на «звезду» осуществляется специальным переключателем
  
  

• 36 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  2. Пуск производят при отключенной нагрузке на валу двигателя (так как пусковой момент не велик).
  
  3. Чтобы увеличить пусковой момент увеличивают активное сопротивление ротора.
  

• 37 слайд

  Для уменьшения пускового тока
  Двигатель с фазным ротором:
  в цепь ротора включают пусковой реостат
  Двигатель с короткозамкнутым ротором:
  При малой мощности – непосредственно включают в цепь
  При большой мощности – пусковой ток уменьшают, понижая питающее напряжение с помощью трансформатора
  

• 38 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  Задача 1: Напряжение сети 127 В. В паспорте асинхронного двигателя указано 127/220 В; ∆/Y. Как должны быть соединены обмотки статора:
  а) при пуске?
  б) при номинальном режиме работы?
  Ответ: а) звезда; б) треугольник
  

• 39 слайд

  Пуск асинхронного двигателя
  Задача 2: Напряжение сети 220 В. В паспорте асинхронного двигателя указано 127/220 В; ∆/Y. Как должны быть соединены обмотки статора:
  а) при пуске?
  б) при номинальном режиме работы?
  Ответ: а) звезда; б) звезда
  

• 40 слайд

  Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя
  

• 41 слайд

  Современные асинхронные двигатели не имеют простых и экономичных устройств для плавного регулирования скорости вращения
  

• 42 слайд

  Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя
  Три способа:
  Изменение скольжения
  Изменение числа пар полюсов
  Изменение частоты питающего тока
  

• 43 слайд

  Изменение скольжения
  Плавное регулирование частоты вращения двигателя возможно только в двигателях с фазным ротором.
  В цепь обмотки ротора с помощью контактных колец и щеток включают регулировочный реостат, которым плавно изменяют сопротивление обмотки, скольжение и частоту вращения двигателя.
  Этот способ связан с большими тепловыми потерями.
  

• 44 слайд

  Изменение числа пар полюсов
  Ступенчатое регулирование частоты вращения можно осуществлять изменением числа пар полюсов статора двигателя с короткозамкнутым ротором за счет переключения секций его обмотки.
  Этот экономичный и сравнительно простой способ не позволяет регулировать частоту вращения двигателя плавно.
  
  

• 45 слайд

  Изменение частоты питающего тока
  этот способ практически не применяют ввиду отсутствия простых и экономичных устройств для регулирования частоты тока в мощных электрических цепях.
  
  

• 46 слайд

  Реверсирование (изменение направления вращения ротора) двигателя
  изменение направление вращения магнитного поля статора.
  Для этого достаточно поменять местами две любые фазы на клеммовой колодке двигателя.