План – конспект теоретичного уроку з предмета “Електротехніка з основами промислової електроніки” Тема уроку: №30 Електричні машини змінного струму.

План – конспект теоретичного уроку з предмета

“Електротехніка з основами промислової електроніки”

 

Тема уроку: №30 Електричні машини змінного струму.

Мета уроку:

Навчальна: сформувати знання про будову та принцип дії машин змінного струму.
Виховна: виховувати культуру праці, працелюбність, повагу до праці.
Розвиваюча: розвивати мислення, сприяти всебічному розвитку учнів, розвивати пам`ять, мислення.
Тип уроку:  урок засвоєння нових знань.

Наочні засоби :

1. плакат будова машини змінного струму;
2. електродвигуни різних типів.

 

СТРУКТУРА УРОКУ

 

1. Організаційно-вступна частина уроку.

2. Актуалізація опорних знань учнів (фронтальне опитування).

3. Постановка завдань уроку.

4. Пояснення нової теми (методом розповіді та пояснення, комбінуючи їх з бесідою).

5. Оперативний контроль вивченого на уроці.

6. Закріплення теми уроку (практичне завдання).

7. Систематизація та узагальнення знань.

8. Підсумок уроку:

    а) підведення підсумків розглянутих на уроці знань

    б) пояснення домашнього завдання

    в) оцінювання знань учнів.

 

ХІД УРОКУ

 

1. Організаційно-вступна частина

     Налаштування психологічного настрою учня на продуктивну роботу

1. взаємне вітання;
2. перевірка наявності учнів;
3. організація уваги учнів до уроку.

2. Актуалізація та корекція опорних знань учнів

    Актуалізація мотиваційних резервів учня шляхом фронтального опитування учнів з пройденого раніше матеріалу. Запитання до учнів

1. синусоїдальний змінний струм.
2. коло змінного струму з активним індуктивним та ємнісним опором.
3. що таке трансформатор та його будова.
4. принцип дії трансформатора.

3. Постановка завдання уроку

    Сьогодні на уроці ми вивчимо, що таке аснхронні двигуни, їх призначення, будову  та ознайомимося з їх видами.

 

4. Пояснення нової теми

 Магнітне поле, що обертається

        Особливістю багатофазних систем є можливість створити в механічно нерухомому пристрої магнітне поле, що обертається.
        Котушка, підключена до джерела змінного струму, утворює пульсуюче магнітне поле, тобто магнітне поле, що змінюється по величині і напряму.

Мал. 12.1

Візьмемо циліндр з внутрішнім діаметром D. На поверхні циліндра розмістимо три котушки, просторово зміщені щодо один одного на 120°. Котушки підключимо до джерела трифазної напруги (мал. 12.1). На мал. 12.2 показаний графік зміни миттєвих струмів, створюючих трифазну систему.

Мал. 12.2

           Кожна з котушок створює пульсуюче магнітне поле. Магнітні поля котушок, взаємодіючи один з одним, утворюють результуюче обертається магнітне поле, що характеризується вектором результуючої магнітної індукції           

            На мал. 12.3 зображені вектори магнітної індукції кожної фази і результуючий вектор побудовані для трьох моментів часу t1, t2, t3. Позитивні напрями осей котушок позначені +1, +2, +3.

Мал. 12.3

       

 

    У момент t = t1 струм і магнітна індукція в котушці А-Х позитивні і максимальні, в котушках В-У і C-Z - однакові і негативні. Вектор результуючої магнітної індукції рівний геометричній сумі векторів магнітних індукцій котушок і співпадає з віссю котушки А-Х. У момент t = t2 струми в котушках А-Х і С-Z однакові по величині і протилежні по напряму. Струм у фазі В рівний нулю. Результуючий вектор магнітної індукції обернувся за годинниковою стрілкою на 30o. У момент t = t3 струми в котушках А-Х і В-У однакові по величині і позитивні, струм у фазі C-Z максимальний і негативний, вектор результуючого магнітного поля розміщується в негативному напрямі осі котушки С-Z. За період змінного струму вектор результуючого магнітного поля обернеться на 360o. Лінійна швидкість переміщення вектора магнітної індукції

,

           де f1 - частота змінної напруги;
                    Т - період синусоїдального струму;
                    n1 - частота обертання магнітного поля або синхронна частота обертання.
           За період Т магнітне поле переміщається на відстань 2ф,
           де   - полюсний розподіл або відстань між полюсами магнітного поля по довжині кола циліндра діаметром D.

 

 

 

Лінійна швидкість
звідки
звідки	(12.1)

           де   n1 _{- синхронна частота обертання багатополюсного магнітного поля з числом пар полюсів Р.
           Котушки, зображені на мал. 12.1, створюють двополюсне магнітне поле, з числом полюсів 2Р = 2. Частота обертання поля рівна 3000 об/мин.
           Щоб одержати чотирьохполюсне магнітне поле, необхідно усередині циліндра діаметром D помістити шість котушок, по дві на кожну фазу. Тоді, згідно формулі (12.1), магнітне поле обертатиметься в два рази повільніше, з n1 = 1500 об/мин. Щоб одержати магнітне поле, що обертається, необхідно виконати дві умови.}

1. Мати хоча б дві просторово зміщені котушки.
2. Підключити до котушок не співпадаючі по фазі струми.

Асинхронні двигуни. Конструкція, принцип дії

           Асинхронний двигун має нерухому частину, іменовану статором, і частину, звану ротором, що обертається. В статорі розміщена обмотка, що створює магнітне поле, що обертається.
           Розрізняють асинхронні двигуни з короткозамкнутим і фазним ротором.  В пазах ротора з короткозамкнутою обмоткою розміщені алюмінієві або мідні стрижні. По торцях стрижні замкнуті алюмінієвими або мідними кільцями. Статор і ротор набирають з листів електротехнічної сталі, щоб зменшити втрати на вихрові струми.
        Фазний ротор має трифазну обмотку (для трифазного двигуна). Кінці фаз сполучені в загальний вузол, а початки виведені до трьох контактних кілець, розміщених на валу. На кільця накладають нерухомі контактні щітки. До щіток підключають пусковий реостат. Після пуску двигуна опір пускового реостата плавно зменшують до нуля.

Мал. 12.4

Магнітне поле статора, що обертається, представимо у вигляді постійного магніта, що обертається з синхронною частотою обертання n1.         У провідниках замкнутої обмотки ротора індукуються струми. Полюси магніта переміщаються за годинниковою стрілкою.         Напрями роторних струмів, визначені за правилом правої руки, вказані на мал. 12.4.

        Користуючись правилом лівої руки, знайдемо напрям електромагнітних сил, діючих на ротор і примушуючих його обертатися. Ротор двигуна обертатиметься з частотою обертання n2 у напрямі обертання поля статора.
           Ротор обертається асихронно тобто частота обертання його n2 менше частоти обертання поля статора n1.
           Відносна різниця швидкостей поля статора і ротора називається ковзанням.

.        (12.2)

           Ковзання не може бути рівним нулю, оскільки при однакових швидкостях поля і ротора припинилося б наведення струмів в роторі і, отже, відсутній би електромагнітний обертаючий момент.
           Обертаючий електромагнітний момент врівноважується протидіючим гальмівним моментом Мем = М2.
           Із збільшенням навантаження на валу двигуна гальмівний момент стає більше обертаючого, і ковзання збільшується. Внаслідок цього, зростають індуковані в роторній обмотці ЕРС і струми. Обертаючий момент збільшується і стає рівним гальмівному моменту. Обертаючий момент може зростати із збільшенням ковзання до певного максимального значення, після чого при подальшому збільшенні гальмівного моменту обертаючий момент різко зменшується, і двигун зупиняється.
           Частота обертання ненавантаженого асинхронного двигуна n2 приблизно рівна синхронній частоті n1. Ковзання ненавантаженого двигуна S &asimp; 0. Говорять, що двигун працює в режимі холостого ходу.
           Ковзання асинхронної машини, що працює в режимі двигуна, змінюється від нуля до одиниці.
           Асинхронна машина може працювати в режимі генератора. Для цього її ротор необхідно обертати стороннім двигуном у напрямі обертання магнітного поля статора з частотою n2 > n1.

Ковзання асинхронного генератора .
           Асинхронна машина може працювати в режимі електромашинного гальма. Для цього необхідно її ротор обертати в напрямі, протилежному напряму обертання магнітного поля статора.
           У цьому режимі S > 1. Як правило, асинхронні машини використовуються в режимі двигуна. Асинхронний двигун є найпоширенішим в промисловості типом двигуна. Частота обертання поля в асинхронному двигуні жорстко пов'язана з частотою мережі f1 і числом пар полюсів статора. При частоті f1 = 50 Гц існує наступний ряд частот обертання.

 

 

P	1	2	3	4
n1, об/мин	3 000	1500	1000	750

 

         З формули (12.1) одержимо

        (12.3)

           Швидкість поля статора щодо ротора називається швидкістю ковзання

.               

           Частота струму і ЕРС в роторній обмотці

     .        (12.4)

            Асинхронна машина із загальмованим ротором працює як трансформатор. Основний магнітний потік індукує в статорі і в нерухомій роторній обмотках ЕРС Е1 і Е2к.

;         ,

           де    Фm - максимальне значення основного магнітного потоку, зчепленого з обмотками статора і роторної;
                    W1 і W2 - числа витків обмоток статора і роторної;
                    f1 - частота напруги в мережі;
                    K01 і K02 - обмотувальні коефіцієнти обмоток статора і роторної.

           Щоб одержати сприятливіший розподіл магнітної індукції в повітряному зазорі між статором і ротором, і роторних обмотки статорів не зосереджують в межах одного полюса, а розподіляють по колах статора і ротора. ЕРС розподіленої обмотки менше ЕРС зосередженої обмотки. Цей факт враховується введенням у формули, що визначають величини електрорушійних сил обмоток, обмотувальних коефіцієнтів. Величини обмотувальних коефіцієнтів дещо менше одиниці.
              ЕРС в обмотці ротора, що обертається

        (12.5)

              Струм ротора працюючої машини

              де    R2 - активний опір роторної обмотки;
                          х2 _{- індуктивний опір роторної обмотки.}

              де    х2к- індуктивний опір загальмованого ротора.

        (12.6)

 

 

 

7     8

Рис. 1. Електродвигуни єдиної серії:

а — захищеного виконання; б — закритого виконання; 1 — вал ротора; 2 — активна сталь ротора; 3 — станина; 4 — активна сталь статора; 5 — натискна шайба; 5 — обмотка; 7 — короткозамикаюче кільце білячої клітки ротора; 8 — лопатки вентиля­тора; 9 — задній підшипниковий щит; 10 — підшипник; 11 — гумова втулка; 12 — кришка коробки виводів; 13 — вивідні провода.

 

5. Оперативний контроль

Викладач оперативно проводить опитування учнів з викладеного матеріалу:

1. що таке асинхронні двигуни ?
2. що таке обертове магнітне поле ?
3. будова та принцип дії машин змінного струму.

 

6. Закріплення теми уроку

  Викладач дає завдання учням показати із представлених електродвигунів – асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором та асинхронні електродвигуни з фазним ротором.

 

 

 

 

7. Систематизація та узагальнення знань

   Викладач викликає до дошки по одному учнів із завданням накреслити:

- формулу обертання ротора електродвигуна;

- схеми з'єднання обмоток електродвигуна;

- доповісти будову аснхронного двигуна.

 

8. Пояснення домашнього завдання

Викладач

- підводить підсумки уроку коротким оглядом його змісту.

- проводить оцінювання знань учнів, які відповідали на уроці, оголошує оцінки.

На дошці викладач пише домашнє завдання

Сторінки 202 – 214 у підручнику Електротехніка з основами промислової електроніки , Автор  А.М. Гуржій та інші. Київ Форум 2002

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План – конспект теоретичного уроку

 з предмета

 

 

“Електротехніка з основами промислової електроніки”

 

Тема уроку №30: Електричні машини змінного струму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                            Склав викладач: Р.В. Лакуста