ТЕМА: «Электрические машины переменного тока»

План

1. Устройство асинхронного двигателя АД

2. Принцип действия асинхронного двигателя

3. Расчет основных параметров машин переменного тока

4. Синхронный генератор

5. Синхронный двигатель

- 1 - Устройство асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель является простейшей из электрических машин. Как и любая электрическая машина, он имеет две основные части: статор и ротор.

Статор (рис. 8.7) состоит из чугунной станины 1, в которой закреплен магнитопровод 2в виде полого цилиндра. Между станиной и сердечником обычно оставляют зазор, через который проходит охлаждающий воздух.

Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопровод набирают из тонких (0,5мм) листов элект­ротехнической стали, изолиро­ванных друг от друга лаком. В пазы, вырезанные по внут­ренней окружности статора, ук­ладывают обмотку 3. Обмотку в пазах статора закрепляют клиньями.

Рис. 8.7 - Конструкция статора АД

1 - станина; 2 - сердечник; 3 - обмотка (катушка); 4 – лапа;

5 – прокладка

Ротор также набирают из тонких листов электро­технической стали. В пазах ротора размещают обмот­ку, которая может быть короткозамкнутой или фаз­ной (рис. 8.8). Короткозамкнутая обмотка типа

Рис. 8.8. Общий вид ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутой (а) и фазной (б) обмотками

«беличья клетка» изображена на (рис. 8.9). Она состоит из толстых проводящих стержней (медь, алюминий), соединенных по торцам медными или алюминиевыми кольцами. Короткозамкнутая обмотка не изолируется от ротора. Иногда ее изготовляют заливкой расплав­ленного алюминия в пазы ротора.

Устройство фазной обмотки ротора аналогично устройству обмотки статора. Концы фазной обмотки ротора соединяют с контактными кольцами и через щетки соединяют с регулировочными или пусковыми реостатами 3(рис. 8.10). Контактные кольца 1, изго­товленные из латуни или меди, укрепляют на валу двигателя с помощью изолирующих прокладок. Ще­ткодержатель с угольными или медно-графитовыми щетками 2крепят на подшипниковом щите.

Рис. 8.9 Обмотка Рис. 8.10 Схема соединения фазной обмотки

типа «беличья клетка» ротора с регулировочными реостатами:

1 – контактные кольца; 2 – щетки;

3 - реостаты

Общий вид асинхронного двигателя показан на рис. 8.11.

Рис. 8.11 Общий вид АД с короткозамкнутой (а) и фазной обмотками ротора

- 2 - Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и основных законов электротехники.

При включении двигателя в сеть трехфазного тока в статоре образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают стержни или катушки обмотки ротора. При этом, согласно закону электромагнитной индукции, в обмотке ротора индуцируется ЭДС, пропорциональная частоте пересечения силовых линий. Под действием индуцированной ЭДС в короткозамкнутом роторе возникают значительные токи.

В соответствии с законом Ампера на проводники с током, находящиеся в магнитном поле, действуют механические силы, которые по принципу Ленца стре­мятся устранить причину, вызывающую индуцирован­ный ток, т. е. пересечение стержней обмотки ротора силовыми линиями вращающегося поля. Таким обра­зом, возникшие механические силы будут раскручи­вать ротор в направлении вращения поля, уменьшая скорость пересечения стержней обмотки ротора маг­нитными силовыми линиями.

Достичь частоты вращения поля в реальных усло­виях ротор не может, так как тогда стержни его об­мотки оказались бы неподвижными относительно магнитных силовых линий и индуцированные токи в обмотке ротора исчезли бы. Поэтому ротор вращается с частотой, меньшей частоты вращения поля, т. е. несинхронно с полем, или асинхронно.

Если силы, тормозящие вращение ротора, неве­лики, то ротор достигает частоты, близкой к частоте вращения поля. При увеличении механической нагруз­ки на валу двигателя частота вращения ротора умень­шается, токи в обмотке ротора увеличиваются, что приводит к увеличению вращающего момента дви­гателя. При некоторой частоте вращения ротора уста­навливается равновесие между тормозным и вращаю­щим моментами.

- 3 - Расчет основных параметров машин переменного тока

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫИ УРАВНЕНИЯ

Скольжение s — это отношение разности между частотой вращения магнитного поля статора и ча­стотой вращения ротора машины переменного тока к частоте вращения магнитного поля:

s = (n₁ – n₂) / n₁; s = (n₁ – n₂)100 / n₁, %

где n₁, n₂ - частота вращения магнитного поля и ротора, об/мин.

Частота вращения магнитного поля асинхронной машины

n₁ = 60f₁ / p

где f₁ — частота тока питающей сети, Гц; р— число пар полюсов обмотки машины.

Частота вращения ротора

n₂ = n₁(1 - s) = (60f₁ / p)(1 - s)

Частота тока и ЭДС, наводимая магнитным полем статора в проводниках ротора

f₂ = sf₁ = s(рn₁ / 60)

Действующее значение ЭДС, наводимой в каждой фазе обмотки статора

Е₁ = 4,44 f₁ω₁ФК₀₁

где ω₁ — число витков одной фазы статора: Ф — амплитудное значение магнитного потока вра­щающегося магнитного поля, Вб; К₀₁ — обмоточный коэффициент статора.

Действующее значение ЭДС обмотки неподвижного ротора

Е₂ = 4,44 f₂ω₂ФК₀₂

где f₂ = f₁ — частота ЭДС, наводимой в проводниках ротора, Гц; ω₂ — число витков одной фазы ротора; К₀₂— обмоточный коэффициент ротора.