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 :
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
2. Актуалізація та корекція опорних знань учнів
Актуалізація мотиваційних резервів учня шляхом фронтального опитування учнів з пройденого раніше матеріалу. Запитання до учнів
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
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.
|
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 |
|
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.
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.
|
Магнітне поле статора, що обертається, представимо у вигляді постійного магніта, що обертається з синхронною частотою обертання n1. |
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:
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