План открытого урока "Асинхронные электродвигатели".
план-конспект занятия

План – конспект урока.

Профессия (специальность), код: 19861 «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования».

Группа: №2

МДК 01.02 Организация работ по сборке, монтажу и ремонту электрооборудования промышленных организаций. 

Тема 3.1   Оборудование электрических машин.

Урок  №3.1.2                                                                                             Дата: 24.03.2022 года

Тема урока: Асинхронные двигатели трехфазного переменного тока. 

 Цель урока: совершенствования знаний, формирование умений и навыков.

Задачи:

Образовательная:

 Изучение принципа работы и конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым и фазным ротором;

  Развивающая:

Развитие памяти, наблюдательности, умение обобщать данные, делать выводы и сравнивать;

привитие способностей к овладению необходимых навыков самостоятельной учебной деятельности;

Воспитательная:

Создание условий обеспечивающих воспитание интереса к будущей профессии, изучаемому предмету;

Методическое обеспечение учебного занятия: рабочая программа, календарно-тематическое планирование, конспект учебного занятия, тестовые задания.

Оборудование: мультимедийная презентация, видеоматериал.

Тип урока: Комбинированный с элементами интеллектуальной работы.

Вид урока: Лекция.

Уровень усвоения: второй.

Методы обучения: частично-поисковый.

Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.

По итогам обучения обучающийся должен:

Знать: технологические процессы сборки, монтажа, регулировки и ремонта;

Уметь:  ремонтировать электрооборудование промышленных предприятий в соответствии с технологическим процессом;

Межпредметные связи:  Электротехника, материаловедение, охрана труда.

Структура урока:

!. Организационный момент.                                                                                          2 мин.

2. Актуализация знаний.                                                                                                 5 мин.

3. Мотивация.                                                                                                                   3 мин.

4. Изучение навого материала                                                                                        15 мин.

5. Самостоятельная работа.                                                                                             5 мин.

6. Закрепление пройденного материала.                                                                        5 мин

7  Домашнее задание.                                                                                                       5 мин

8. Итоги урока.                                                                                                                  5 мин.

Литература:

1. Ю.Д. Синбикин. Техническое обслуживание, ремонт электрооборудования и сетей промышленных предприятий. Книга 2. 2009г. Стр. 124 – 138
2. С.Н.Павлович, Б.И.Фираго Ремонт и обслуживание электрооборудования. 2009 г.,

стр. 18 - 54.

3. В.М.Пронин, Электротехника, 2012 г., стр 197 - 204.

Ход занятия

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1 – Вопросы для устного опроса

Приложение 2 − Лекция

Приложение 3 − Презентация

Приложение 4 − Тесты

Приложение1

Вопросы для устного опроса

Вариант 1

1. Что такое генератор?

2. На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?

Вариант 2

1. Назовите основные части генератора переменного тока?

2. Закон электромагнитной индукции.

Вариант 3

1. Какими преимуществами обладает переменный ток по сравнению с постоянным?

2. Как определяют направление индукционного тока?

Вариант 4

1. Мощность тока.

2. Сопротивление проводника.

Приложение 2

Лекция

Тема: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (конструкция и принцип действия)»

Проблема: «Достоинства и недостатки асинхронного двигателя»

План

1. Определение понятия − асинхронный двигатель.

2. Конструкция асинхронного двигателя.

3. Принцип действия асинхронного двигателя.

Цель занятия: Изучение конструкции и принципа действия асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

1. Определение понятия − асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель

Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные.

Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньшей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1889 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты.

Все электрические машины обратимы, т.е. могут служить как двигателями, так и генераторами. Асинхронные машины используются главным образом как двигатели.

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках и являются самым распространенным видом бесколлекторных электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода.

Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов − металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели общепромышленного назначения, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Широкому использованию асинхронных двигателей в современном электроприводе способствует разработка ряда электронных устройств, позволяющих расширить регулировочные свойства двигателей.

Следует иметь в виду, что асинхронные двигатели не только наиболее надежные по сравнению с двигателями другого типа действия, но и самые дешевые. Поэтому применение асинхронных двигателей способствует росту надежности электропривода и снижает капитальные затраты на его создание.

2. Конструкция асинхронного двигателя

Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 1.

Рис. 1. Устройство асинхронного двигателя

Начала и концы обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя выводятся на щиток корпуса. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали, с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса». Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

Таким образом, если способное вращаться вокруг оси «беличье колесо» поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Для увеличения вращающего момента короткозамкнутый ротор помещен внутри стального сердечника.

Неподвижная часть АД.

Неподвижная часть двигателя − статор − состоит из корпуса 1 и сердечника 2 с трехфазной обмоткой 3, коробкой выводов 4 (рис. 2). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным.

Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится трехфазное напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Рис. 2. Статор асинхронного двигателя

Ротор

Ротор − вращающаяся часть машины (рис. 3), состоит из вала, на котором располагается сердечник, набранный из отдельных листов электротехнической стали и стержневой обмотки. По типу ротора машины делятся на машины с короткозамкнутым ротором (рис. 3) и на машины с фазным ротором рис. 4 (с контактными кольцами).

Рис. 3. Ротор асинхронного двигателя (а – короткозамкнутая обмотка – «беличья клетка»; б –ротор в сборе: 1 − вал, 2 − пакет, 3 − стержни короткозамкнутой обмотки,

Рис. 4. Фазный ротор асинхронного двигателя

Шихтованная конструкция

С целью ослабления вихревых токов сердечник статора делают шихтованным из тонколистовой электротехнической стали обычно толщиной 0,35 - 0,5 мм. Пластины сердечника статора покрыты слоем изоляционного лака, собраны в пакет и скреплены специальными скобами или продольными сварными швами по наружной поверхности пакета. Такая конструкция сердечника способствует значительному уменьшению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Сердечник ротора также имеет шихтованную конструкцию, но листы ротора не покрыты изоляционным лаком, а имеют на своей поверхности тонкую пленку оксида. Это является достаточной изоляцией, ограничивающей вихревые токи, так как величина их невелика из-за малой частоты перемагничивания сердечника ротора. Например, при частоте сети 50 Гц и номинальном скольжении 6 % частота перемагничивания сердечника ротора составляет 3 Гц.

Коробка выводов.

Выводы обмоток фаз располагают на панели коробки выводов таким образом, чтобы соединения обмоток фаз было удобно выполнять посредством перемычек, без перекрещивания последних (рис. 5). В некоторых двигателях небольшой мощности на панели коробки выводов имеется лишь три вывода. В этом случае двигатель может быть включен в сеть на одно напряжение (соединение обмотки статора такого двигателя звездой или треугольником выполнено внутри двигателя).

                                                      а)                             б)

Рис. 5. Расположение выводов обмотки статора (а) и положение

перемычек при соединении обмотки статора звездой и треугольником (6)

«Звезда».

Асинхронные двигатели предназначены для включения в трехфазную сеть на два разных напряжения, отличающиеся в  раз. Например, двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/220 В. Если в сети линейное напряжение 380 В, то обмотку статора следует соединить звездой.

«Треугольник».

Двигатель рассчитан для включения в сеть на напряжения 380/220 В. Если в сети линейное напряжение 220 В, то обмотку статора следует соединить треугольником. Напряжение на обмотке каждой фазы будет 220 В.

Охлаждение электрических машин.

Охлаждение электрических машин − отвод тепла от активных частей вращающихся электрических машин.

При прохождении тока по обмоткам электрических машин в них выделяется тепло, что приводит к нагреву обмоток. Если температура нагрева превышает значение, допустимое для используемой изоляции, то происходит ее тепловое старение. В результате изоляция теряет электрическую и механическую прочность, что может явиться причиной ее повреждения и нарушения работоспособности электрической машины. Для поддержания требуемого температурного режима служит охлаждение.

Эффективность того или иного способа охлаждения определяется теплопроводностью изоляции и теплоемкостью хладагента, а также характером и скоростью его перемещения внутри и вне электрической машины. В качестве хладагента используются воздух, вода, масло и т.д. Жидкий хладагент может служить для охлаждения как ротора, так и статора электрической машины, причем направление его движения может быть свободным или упорядоченным.

3. Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Для уяснения работы такого двигателя проделаем следующий опыт (рис.6).

Укрепим подковообразный магнит на оси таким образом, чтобы его можно было вращать за ручку. Между полюсами магнита расположим на оси медный цилиндр, могущий свободно вращаться.

Начнем вращать магнит за ручку по часовой стрелке. Поле магнита также начнет вращаться и при вращении будет пересекать своими силовыми линиями медный цилиндр. В цилиндре, по закону электромагнитной индукции, возникнут вихревые токи, которые создадут свое собственное магнитное поле − поле цилиндра. Это поле будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результате чего цилиндр начнет вращаться в ту же сторону, что и магнит.

Рис. 6. Простейшая модель для получения вращающегося магнитного поля

Установлено, что скорость вращения цилиндра несколько меньше скорости вращения поля магнита.

Действительно, если цилиндр вращается с той же скоростью, что и магнитное поле, то магнитные силовые линии не пересекают его, а следовательно, в нем не возникают вихревые токи, вызывающие вращение цилиндра.

Скорость вращения магнитного поля принято называть синхронной, так как она равна скорости вращения магнита, а скорость вращения цилиндра − асинхронной (несинхронной). Поэтому сам двигатель получил название асинхронного двигателя. Скорость вращения цилиндра (ротора) отличается от синхронной скорости вращения магнитного поля на небольшую величину, называемую скольжением (s).

В приведенном выше опыте вращающееся магнитное поле и вызванное им вращение цилиндра мы получали благодаря вращению постоянного магнита, поэтому такое устройство еще не является электродвигателем. Надо заставить электрический ток создавать вращающееся магнитное поле и использовать его для вращения ротора. Задачу эту в свое время блестяще разрешил М. О. Доливо-Добровольский. Он предложил использовать для этой цели трехфазный ток.

Вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя.

Из принципа действия асинхронного двигателя следует, что непременным условием работы асинхронного двигателя является наличие в нем магнитного поля, вращающегося с частотой n1 (синхронная частота вращения). Это поле создается при включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного переменного тока. Процесс наведения вращающегося магнитного поля называют возбуждением асинхронной машины (рис. 7). Возбуждение создается реактивной (индуктивной) составляющей переменного тока, поступающего из сети в обмотку статора.

Рис. 7. Модель асинхронного двигателя

(1 − трехфазная обмотка статора, 2 – статор, 3 – обмотка ротора,

4 – ротор, 5 – вал, 6 – воздушный зазор)

Скольжение

Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Величина, характеризующая отставание скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора, называется скольжением:

Обычно скольжение выражают в процентах, в зависимости от мощности двигателя скольжение изменяется от двух до восьми процентов.

Генераторный режим.

В соответствии с принципом обратимости электрических машин, асинхронные машины могут работать не только в двигательном, но и в генераторном режимах. Для этого необходимо возбудить асинхронную машину, подключив ее обмотку статора к трехфазной сети, и посредством приводного двигателя (турбина, двигатель внутреннего сгорания) привести во вращение ротор машины в направлении вращения магнитного поля статора с частотой, превышающей частоту вращения этого поля n2 > n1. В этих условиях характер движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы), так как ротор будет обгонять поле статора, и скольжение станет отрицательным, т. е.

ЭДС, наведенная вращающимся полем статора в обмотке ротора вращающегося с частотой n2 > n1, изменит свое направление и превысит напряжение сети. При этом асинхронная машина из потребителя электроэнергии превратится в источник и будет отдавать в сеть активную мощность P2, являющуюся преобразованной механической мощностью приводного двигателя. Другими словами, асинхронная машина будет работать в генераторном режиме.

Двигательный режим.

При включении асинхронного двигателя в сеть в начальный момент времени ротор под влиянием сил инерции неподвижен (n2 = 0). При этом скольжение s равно единице. В режиме работы двигателя без нагрузки на валу (режим холостого хода) ротор вращается с частотой n2 лишь немного меньшей синхронной частоты вращения n1 и скольжение весьма мало отличается от нуля (s~0). Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя, называют номинальным скольжением sном. Для асинхронных двигателей общего назначения sном = 1…8 %, при этом меньшие значения номинального скольжения соответствуют двигателям большей мощности.

Частота вращения

Три фазы статорной обмотки располагаются под углом 120° друг относительно друга и при подключении к трехфазной сети создают вращающееся магнитное поле с частотой

где f −  частота тока сети;

      p − число пар полюсов.

Обычно каждая фаза разбивается на секции – полюсы. От числа пар полюсов зависит частота вращения (табл. 1)

Таблица 1

Холостой ход

Холостой ход электрической машины − состояние электрической машины, в котором она не осуществляет преобразование энергии.

Холостой ход электродвигателя − состояние электродвигателя в котором потребляемая им мощность расходуется только на преодоление момента сопротивления, обусловленного трением в подшипниках и потерями на охлаждение.

Холостой ход электродвигателя осуществляется путем подачи на его обмотку номинального напряжения питания при отсутствии нагрузки на валу. При этом частота вращения электродвигателя равна номинальному значению, или несколько выше его, а ток потребления имеет минимальное значение.

Преподаватель                      В.И.Безгубов