Файл: Лекции для курсов Электрические машины и аппараты.docx

Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую для

приведения в действие станков , кранов ,насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.
Электрический генератор превращает механическую энергию в электрическую с последующей передачей ее по проводам или кабелю до потребителя.
Электрические машины различают :

- по назначению ( двигатели , генераторы, преобразователи и т.д.)

- по роду тока (ЭМ постоянного и переменного тока. )

- по величине напряжения ;

- по мощности ;

- по числу оборотов ;

- по конструктивному исполнению;

- по способу защиты от воздействий окружающей среды ;

Асинхронный - это

Синхронный это
Наибольшее распространение в промышленности из двигателей переменного тока получили асинхронные трехфазныедвигатели, которые отличаются высокой надежностью и простотой конструкции.

Р

ис.31.1. Асинхронный трехфазный двигатель

Для приведения в действие механизмов большой массы и мощности используют синхронные электродвигатели напряжением 3...6 кВ.

Рис.31.2. Синхронный двигатель переменного тока.
По конструктивному исполнению электродвигатели должны быть приспособлены к условиям внешней среды , в которой им предстоит работать. В помещениях с нормальной средой можно применять электродвигатели открытого исполнения.

Для работы в помещениях с токопроводящей пылью служат пыленепроницаемые, а во взрывоопасных средах - взрывозащищенные электродвигатели.

Создание вращающегося магнитного поля

Принцип трехфазной цепи

Асинхронные двигатели, как правило, питаются трехфазным переменным током. Трехфазная цепь переменного тока состоит из трех однофазных цепей. В этих цепях токи или напряжения изменяются по тому же периодическому синусоидальному закону с той же частотой, но с некоторым сдвигом (отставанием) во времени.

Величина отставания тока во второй фазе по сравнению с током в первой фазе составляет 1/3 периода времениТ,или 120°. Ток в третьей фазе также отстает от тока во второй фазе на 1/3 периода.

Рис. 32.1. Графики токов в трехфазной сети.

Рис.32.2. Присоединение статорных обмоток асинхронного двигателя к трехфазной сети.

На неподвижной части простейшего асинхронного двигателя расположены три обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. Каждая обмотка имеет начало (Ан, Вн, Сн) и конец (Ак, Вк, Ск)

Устройство трехфазного асинхронного двигателя

Асинхронный электродвигатель переменного тока состоит из двух основных частей:

- неподвижной части - статора;

- подвижной части- ротора;

Подвижный ротор сопрягается с неподвижным статором с помощью подшипников, установленных в подшипниковые щиты.
Устройство асинхронного двигателя представлено на рисунке 33.1:
На рисунке обозначены:

1 – передний подшипниковый щит

2 – выходной конец вала

3 – уплотнение подшипника

4 – шарикоподшипник

5 – лопатки вентилятора ротора

6 – короткозамыкающее кольцо

7 – болт

8 – станина

9 – рым-болт

10 – сердечник статора

11 – сердечник ротора

12 – обмотка статора

13 – винт крепления кожуха вентилятора

14 – кожух вентилятора

15 – задний подшипниковый щит

16 – вентилятор

17 – стопорное кольцо

18 – стопорный винт вентилятора

Рис.33.1. Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

На рисунке обозначены:

1 – сердечник статора

2 – обмотка статора

3 – станина

4 – сердечник ротора

5 – короткозамыкающее кольцо

6 – вал

7 – передний подшипниковый щит

8 – задний подшипниковый щи
Статорсостоит из станины и сердечника с обмоткой.

Станина выполняется из стали, чугуна или алюминиевых сплавов.

Сердечник набирают из штампованных листов электротехнической стали, изолированных между собой бумагой, лаком или слоем окиси. Изоляция необходима для ограничения величины вихревых токов и уменьшения нагрева сердечника.

Обмотка статора выполняется из медной изолированной проволоки круглого или

прямоугольного сечения, которая укладывается в пазы сердечника.

Рис. 33.3 Устройство статора

На рисунке обозначены:

1 – обмотка статора

2 – станина

3 – резьбовое отверстие под рым-болт

4 – болты крепления сердечника

5 – сердечник статора

6 – ребра охлаждения

7 – отверстия для анкерных крепежных болтов

8 – болт заземления

9 - лапа
Подшипниковые щиты - представляют собой крышки, закрывающие станину с двух

сторон. В подшипниковые щиты встраиваются подшипники качения или скольжения которые обеспечивают механическую связь между неподвижным статором и подвижным ротором.
Ротор состоит из стального вала, сердечника и обмотки. В зависимости от конструкции роторы бывают:

ротор короткозамкнутый;
ротор фазный ;

Короткозамкнутый роторпредставляет собой сердечник, набранный из листов электротехнической стали и напрессованный на вал. В пазы сердечника заливается расплавленный алюминий , который при застывании образует алюминиевую обмотку, состоящую из стержней замкнутых накоротко алюминиевыми кольцами. Такая обмотка называется " беличье колесо " , а ротор - короткозамкнутым.

Рис.33.4. Короткозамкнутый ротор
На рисунке обозначены:

1 – вал

2 – лопатки вентилятора ротора

3 – короткозамыкающее кольцо

4 – сердечник ротора

5 – шпонка сердечника

6 – стяжная шпилька

7 – шпонка вентилятора двигателя

Фазный ротор.

У фазного ротора в пазы сердечника уложена трехфазная обмотка . Три конца этой

обмотки соединены в общую точку ,а три начала обмоток соединены с контактными кольцами, которые в свою очередь через щеточные скользящие контакты соединяются с пусковыми реостатами. Включение пусковых реостатов в цепь обмотки ротора позволяет значительно уменьшить ток в машине в момент пуска . По мере раскрутки двигателя пусковой ток уменьшается и пусковые реостаты выводятся из цепи обмоток ротора .

Рис.33.5. Фазный ротор

1— трехфазная обмотка ротора

2— вал двигателя

3— контактные кольца

4— скользящие контакты (щетки)

5— пусковые реостаты

6- сердечник ротора

7- подшипник

Рис. 32.6.Запуск фазного ротора в работу.
На рисунке:

1— трехфазная обмотка ротора

2— вал двигателя

3— контактные кольца

4— скользящие контакты (щетки)

5— пусковые реостаты

6- сердечник ротора

7- подшипник
На паспортной табличке, прикрепленной к корпусу двигателя указывают следующие данные двигателя :

мощность [ кВт ]
напряжение [ В ]
схема соединения обмоток [* или ∆ ]
потребляемый ток [ А ]
число оборотов вала [ об/мин ]
коэффициент мощности cos φ
КПД [ % ]
частота тока;

Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

Наибольшее распространение среди электрических двигателей получили трехфазные асинхронные двигатели. Асинхронный двигатель состоит из двух принципиально важных частей :

неподвижной части – статора
подвижной – ротора.

На статоре расположена трехфазная обмотка. При подключении обмотки статора к трехфазной сети в ней возникает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения зависит от числа полюсов обмотки статора и определяется формулой:

(об / мин)
Где: f₁=50 Гц - частота тока в сети.

p– число пар полюсов обмотки статора.
Таким образом, при одной паре полюсов n₁= 3000 об/мин, при р=2, n₁= 1500 ,при р=3, n₁= 1000 , при р=4, n₁= 750 об / мин.
На роторе устанавливается, как правило, короткозамкнутая обмотка изготовленная в виде алюминиевых стержней закороченных с обоих сторон кольцами. Такая обмотка называется "беличьим колесом".

В начальный момент ротор неподвижен, поэтому вращающееся магнитное поле статора с большой скоростью пересекает стержни обмотки ротора, наводя в них большую ЭДС. Так как стержни замкнуты накоротко, то в обмотке ротора возникает большой ток . Этот ток называется пусковым. Его значение обычно превышает значение номинального тока в 7 раз. Если этот ток будет действовать длительно, то это может привести к выходу двигателя из строя. При возникновении тока в обмотке ротора в нем также возникает магнитное поле, которое взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора приводит ротор во вращение.

При увеличении скорости вращения ротора взаимная скорость перемещения полей статора и ротора уменьшается, уменьшается ЭДС и ток в роторе, достигая номинального значения.

Однако, исходя из принципа работы двигателя, скорость вращения ротора никогда не станет равной скорости вращающегося магнитного поля статора, так как при этом пропадает возможность индуктирования ЭДС в обмотке ротора и, соответственно, возникновения магнитного поля ротора. Это противоречит принципу работы двигателя. Двигатель потому и называется асинхронным, потому что скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля статора.

Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля статора характеризуется