План урока электрические машины
Обновлено: 03.07.2024
- изучить с учащимися устройство асинхронных двигателей.
- сформировать у учащихся материалистическое понимание
использования основных электромагнитных законов (закона
электромагнитной индукции, закона Ампера и правила Ленца) в работе
- способствовать развитию наблюдательности, технологического и
-развивать аккуратность, бережное отношение к материалам и чувство
ответственности за выполняемую работу.
- способствовать формированию профессиональных компетенций в
области устройства и принципа работы асинхронных двигателей.
-воспитывать чувство гордости за свою профессию, чувство
ответственности за выполненную работу, самостоятельность и уважение
Цель урока для учащихся: изучить устройство асинхронных двигателей и понять принцип их работы, понять поэтапное использование в работе двигателя основных электромагнитных законов.
Оборудование: интерактивная доска или экран, компьютер или ноутбук, мультимедийная презентация, разобранная учебная модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, разобранная учебная модель асинхронного двигателя с фазным ротором (фотографии моделей даны в презентации).
Тип урока: изучение и первичное закрепление новых знаний.
Методы: наглядные, имитационные, работа с экранными средствами, работа в тетради.
Формы организации учебной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
Межпредметные связи: техническая механика, электроматериаловедение, физика, химия, математика.
- классификация электрических машин;
- применение электрических машин;
- устройство асинхронных электродвигателей;
- принцип работы асинхронных двигателей
5. Заключение и выводы:
- Подведение итогов урока
- Подача домашнего задания
и актуализации опорных знаний
Отмечает наличие учащихся по журналу, проверяет готовность учащихся к уроку.
(Элементы рейтинговой системы оценивания: на протяжении всего урока на доске делает пометки напротив фамилий учащихся, ответивших на тот или иной вопрос).
Называет тему, цель урока.
Объясняет критерии оценивания деятельности учащихся на уроке (элементы рейтинговой системы оценивания).
Критерии оценивания (по лидеру-100%):
К электрическим машинам относятся:
Генераторы- это электрические машины, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.
Электродвигатели - это электрические машины, которые, наоборот, электрическую энергию преобразуют в механическую (в виде вращения вала)
Значение электрических машин для любой отрасли народного хозяйства страны трудно переоценить, т.к в настоящее время:
-ни одно производство без них работать не может;
- ни одна организация или учреждение не способны выполнять свои задачи;
-ни один человек не способен себя комфортно чувствовать, выполнять свою работу или обустраивать свой быт. Поэтому мы должны их хорошо изучить и правильно их использовать.
Смотрят, слушают, записывают тему урока,
Смотрят, слушают анализируют.
Этап изучения нового материала
Классификация электрических машин
Все электрические машины делятся:
-электромашины постоянного тока;
-электромашины переменного тока.
2.По количеству фаз питающей сети:
3.По совпадению и несовпадению частоты вращения ротора с частотой вращения магнитного поля статора:
-электромашины синхронные (когда частоты совпадают);
-электромашины асинхронные (когда частоты не совпадают).
Применение электрических двигателей
Двигатели постоянного тока служат, в основном для привода электрофицированных транспортных средств (троллейбусов, трамваев электровозов).
Синхронные двигатели служат для привода оборудования, работающего с равномерными нагрузками (перегрузки не допустимы)- ткацкие станки, водяные насосы, вентиляторы, компрессоры и т.п.
Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором приводят в работу технологическое оборудование, работающего с переменными нагрузками и кратковременными перегрузками- большинство типов оборудования (металлорежущие и деревооборабатыващие станки, грунтовые насосы, привода различных редукторов и т.п.)
Асинхронные двигатели с фазным ротором - для привода оборудования с фиксированными нагрузками -грузоподъёмные устройства и механизмы (лифты, эскалаторы, подъёмные краны всех типов, кран-балки, лебёдки и т.п.)
Промежуточный контроль проводится в виде соревнования с использованием мультимедиапрезентации. Учащиеся разделены на 2 группы (левосидящие за рабочим столом и правосидящие) Преподаватель последовательно включает вопросы на слайдах, право ответа имеет та группа, учащийся которой вперёд поднял руку вверх. Добивается от учащихся исчерпывающегося ответа. После этого показывает правильный ответ, оценивает работу каждого учащегося и в целом группы, продолжая рейтинг активности.
Вопросы промежуточного контроля:
1.На какие группы делятся электродвигатели по роду тока питающей сети?
- двигатели постоянного тока;
- двигатели переменного тока.
2.По какому признаку двигатели делятся на синхронные и асинхронные?
- по совпадению и несовпадению частоты вращения ротора с частотой
вращения магнитного поля статора.
3.Применение двигателей постоянного тока.
- для привода электрофицированных транспортных средств (трамваев, троллейбусов, электропоездов и т.п.)
4.Применение синхронных двигателей.
- для привода оборудования, работающего с равномерной нагрузкой (водяные насосы, вентиляторы, калориферы и т.п.)
5.Применение асинхронных двигателей с
- для привода оборудования, работающего с фиксированными нагрузками (подъёмные краны, лифты, лебёдки и т.п.)
6.Применение асинхронных двигателей с
- для привода оборудования, работающего с неравномерными нагрузками и перегрузками (станочное оборудование, грунтовые насосы и т.д.)
Устройство асинхронных двигателей
Затем показываются слайды с текстом:
Асинхронные двигатели состоят из двух основных частей: статора(неподвижная часть) и ротора (вращающаяся часть).
Сердечник статора набирается из стальных пластин толщиной 0,35мм. или 0,5 мм. Пластины штампуют с пазами изолируют лаком или окалиной для уменьшения потери на вихревые токи. В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соответствующим образом соединяют между собой так, что образуется трехфазная система.
Сердечник ротора также набирается
пластинчатым. В пазах ротора
укладывают массивные стержни,
соединенные на торцевых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготавливают из алюминия, который заливают в горячем состоянии под давлением в пазы ротора. Такая обмотка всегда замкнута коротко и включение в нее сопротивления невозможно.
Принцип работы асинхронных двигателей.
Работа асинхронных двигателей основана на применении 3-х основных законов электромагнетизма:
- законе электромагнитной индукции;
- правиле (принципе) Ленца
1.Закон электромагнитной индукции (открыт 29.08.1831г.)
- если на замкнутый проводник будет действовать изменяющееся магнитное поле, то по нему будут протекать токи называемые индукционными.
(Великий английский учёный Фарадей Майкл (1791-1867)
На слайде №36 приведены примеры опытов, объясняющие закон электромагнитной индукции.
Преподаватель объясняет эти опыты.
(о взаимодействии проводника с током и магнитного поля полюсов постоянного магнита (электромагнита)
Закон был открыт в 1820г.
(Великий французский физик
и математик Ампер Андре Мари
На слайдах показывается мультимедийное конструирование закона Ампера. (Наложено речевое пояснение преподавателя)
3.Принцип (правило) Ленца.
- индукционные токи всегда имеют такое направление, что созданное ими магнитное поле всегда стремится устранить причину, их вызвавшую.
(Русский физик Ленц Эмилий Христианович)
На слайде №51 приведён опыт, объясняющий принцип Ленца. Преподаватель объясняет этот опыт.
Принцип работы асинхронных двигателей.
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 скорости пересечения силовых линий. Под действием индуктированной 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 индуктированный ток, т.е. пересечение стержней обмотки ротора с силовыми линиями вращающегося магнитного поля. Таким образом, возникшие механические силы будут раскручивать ротор в направлении вращения поля статора, уменьшая скорость пересечения стержней обмотки ротора магнитными силовыми линиями.
Достичь скорости вращения поля в реальных условиях ротор не может, так как тогда стержни его обмотки оказались бы неподвижными относительно магнитных силовых линий и исчезли бы индукционные токи в обмотке ротора. По этому ротор вращается со скоростью, меньшей скорости вращения поля. т. е. не синхронно с полем, или асинхронно.
Слушают, делают записи в тетрадях, задают вопросы, возникающие по мере объяснения нового материала.
Дата/ _11.12.2019 г.__
Группа :Тэ-2
Время выделенное на урок: 90 минут
Цели урока: а) обучающие: Изучить устройство и общий принцип работы электрических машин и соединение двигателя через кнопочный пост.
б) развивающие: Создать условия для саморазвития личности
в) воспитательная: Стимулировать познавательную активность, самопознание;
- воспитывать потребность у студентов применять знания, полученные на уроках в своей будущей специальности;
- способствовать профессиональной ориентации
Языковой цель:Ознакомление терминами электромеханических машин.
Методы урока: словесный, наглядно-демонстрационный, практические (исследовательский, проблемно-поисковый), методы активного обучения, методика CLIL, вопросы-ответы, самостоятельная работа обучающихся.
Оборудование, наглядные пособия: Рабочая тетрадь, двигатели и генераторы, инструменты, схема, доска.
Межпредметные связи :“Теоретическая основа электротехники”, “Электротехнические материалы и измерения”
Ожидаемый результат:
В течении урока у обучающихся формируются следующие компетенции:
- получая полную информации оэлектрических машинах и уметь соединять;
- осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития; работать в коллективе и команде.
Работы учащихся
Учащиеся разделяются в две подгруппы.
Проверка учащихся к готовности уроку.
2.Повторение пройденного материала
Разделяю группу на две подгруппы.
Раздаю материалы по пройденной теме:
Раздаю по 2 измерительных прибора на подгруппы, и один студент из подгруппы должен выйти и рассказать про устроиство и ее применение и его соединение.
3.Обьяснение новой темы
4.Закрепление новой темы:
Показываю наглядное соединение новой темы.
5. Выдача задания
Раздаю техническую карту соединения электрических машин
6. Текущии инструктаж
Работа на территории предприятия. Выполнение соединения электродвигателя через магнитный пускатель и кнопкой управления
7. Проверочная работа
Проверка правильности соединения электродвигателя
Студенты на плакате отвечают на вопросы по новой теме в виде кроссворда.
Оценивание студентов по выполненным работам.
10.Выдача домашнего задания
Выдача домашнего задания студентам
11.Уборка рабочего места
Уборка рабочего места
Ход занятия
Группа разделяется на две подгруппы.
І. Организационный этап:
Приветсвие со студентами и проверка отсутствующих на занятии по журналу.
ІІ. Повторение проиденного материала:
Группа разделяется на две подгруппы. Раздаются материалы по проиденной теме на каждую подруппу. Выдается по два измерительных прибора. На плакатах каждая подгруппа написав должна дать характеристику на те материалы которые лежат перед ними.
ΙІІ. Обьяснение новой темы:
Техника безопасности при эксплуатации электрических машин
К эксплуатации и ремонту электрических машин допускаются электромонтер, имеющие квалификационную группу не ниже III и прошедшие инструктаж на рабочем месте. Ответственность за безопасность при обслуживании и ремонте несет руководитель электротехнической службы хозяйства.
Электромонтеры должны иметь основные защитные средства для установок напряжением до 1000 В: диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными рукоятками, закоротки (или переносное заземление) и указатели напряжения. Дополнительные средства: диэлектрические галоши, резиновые коврики, изолирующие подставки и плакаты.
Перед применением защитных средств следует внешним осмотром убедиться в их исправности, обращая внимание на дату их проверки.
При проведении работ по техническому обслуживанию и ремонту необходимо строго соблюдать правила тех безопасности при эксплуатации электрических машин
Распоряжение на проведение работ (устное или оформленное нарядом) дает руководитель электротехнической службы хозяйства или лицо, его заменяющее, с квалификацией не ниже 4 группы.
Рабочие электрифицированных механизмов должны быть проинструктированы по правилам эксплуатациии техники безопасности при работе на установках.
Общие сведения об электрических машинах
Электрическая машина- это устройство, предназначенное для взаимного преобразования механической и электрической энергий.
Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины, а также коллекторные машины переменного тока, которые допускают экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах.
Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот.
Электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию, называется электрическим генератором.
Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую энергию, называется электрическим двигателем.
Электрическая машина имеет две основные части — вращающуюся, называемую ротором, и неподвижную, называемую статором (рис. 1).
Р ис. 1. Обычная конструктивная схема электрической машины,
1 — статор; 2 — ротор; 3 — подшипники.
Принцип действия электрической машины.
Принцип действия электрической машины основан на физических законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил. Есть два полюса электромагнита, создающего магнитное поле. В магнитном поле между полюсами помещен проводник. Если этот проводник передвигать с силой F1, то в нем согласно закону электромагнитной индукции возникнет э.д.сE.
Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по нему пойдет ток.
В результате взаимодействия тока i в проводнике и поля возникнет электромагнитная сила Fэ. Получается, что дан. ЭМ будет являться генератором.
Та же элементарная машина может работать двигателем, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение u , чтобы появился ток i в проводнике. При этом возникнет электромагнитная сила, которая заставит проводник передвигаться.
Если вращать вал электрической машины, то на зажимах ее электрической обмотки создается разность электрических потенциалов, а при подключенном электроприемнике возникает электрический ток. Таким образом эта машина преобразует механическую энергию в электрическую, т.е. является генератором электроэнергии. С другой стороны, если электрическую обмотку этой машины подключить к источнику электроэнергии, то в результате происходящих в ней процессов создается электромагнитный вращающий момент, под действием которого вал машины вращается и вращает приводной механизм.
Основные принципы ЭМ:
1. Электрическая машина обратима, т. е. может работать и генератором и двигателем.
2. Наличие магнитного поля и проводников, по которым проходит ток, является необходимым условием для работы любой электрической машины. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные материалы в виде сталей.
Строение трехфазного асинхронного двигателя
Асинхронный электродвигатель – это электрическая машина, которая преобразовывает электрическую энергию в механическую. То есть потребляет электрический ток, а взамен дают крутящий момент, с помощью которого можно вращать многие агрегаты
Двигатель состоит из таких частей:
1. Статор с обмотками. Или станина внутри которой находится статор с обмотками.
2. Ротор. Это если короткозамкнутый. А если фазный, то можно сказать, что это якорь или даже коллектор. Я думаю, ошибки не будет.
3. Подшипниковые щиты. На мощных двигателях ещё спереди стоят подшипниковые крышки с уплотнителями.
4. Подшипники. Могут стоять скольжения или качения, в зависимости от исполнения.
5. Вентилятор охлаждения. Изготавливается из пластмассы или металла.
6. Кожух вентилятора. Имеет прорези для подачи воздуха.
7. Борно или клеммная коробка. Для подключения кабелей.
Это все его основные детали, но в зависимости от вида, типа и исполнения может немного изменяться.
Асинхронные электродвигателя в основном выпускают двух видов: трёхфазные и однофазные. В свою очередь трёхфазные ещё подразделяются на подвиды: с короткозамкнутым ротором или фазным ротором.
Самые распространённые – это трёхфазные с короткозамкнутым ротор.
Статор имеет круглую форму и набирается с листов специальной стали, которые изолированы между собой, и эта собранная конструкция образует сердечник с пазами. В пазы сердечника укладываются обмотки, со специального обмоточного, изолированного лаком провода. Провод это отливают в основном из меди, но также есть и с алюминия. Если двигатель очень мощный, то обмотки делаю шиной. Обмотки укладывают так, чтобы они были сдвинуты относительно друг друга на 120 градусов. Соединяются обмотки статора в звезду или в треугольник.
Ротор, как выше я уже писал выше, бывает короткозамкнутый или фазный.
Фазный ротор представляет собой вал с сердечником и тремя обмотками. Одни концы, которых обычно соединяют в звезду, а вторые три конца присоединяют к токосъемным кольцам. А на эти кольца, с помощью щёток подают электрический ток.
Если в цепь фазных обмоток добавить нагрузочный реостат, и при пуске двигателя увеличивать активное сопротивление, то таким способ можно уменьшить большие пусковые токи.
Когда на обмотки статора подаются электрический ток, то в этих обмотках возникает электрический поток. Как вы помните, из выше написанных слов, фазы у нас смещены относительно друг друга на 120 градусов. И вот этот поток в обмотках начинает вращаться.
И при вращении магнитного потока статора, в обмотках ротора появляется электрический ток, и своё магнитное поле. Два этих магнитных поля начинают взаимодействовать и заставляют вращаться ротор электродвигателя. Это если ротор короткозамкнутый.
Ну а с фазным ротором, по сути, принцип тот же. Напряжение подаётся на статор и на ротор. Появляются два магнитных поля, которые начинают взаимодействовать и вращать ротор.
Основные достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:
1. Очень простое устройство, что позволяет сократить затраты на его изготовление.
2. Цена намного меньше по сравнению с другими двигателями.
3. Очень простая схема запуска.
4. Скорость вращения вала практически не меняется с увеличением нагрузки.
5. Хорошо переносит кратковременные перегрузы.
6. Возможность подключения трёхфазных двигателей в однофазную сеть.
7. Надёжность и возможность эксплуатировать практически в любых условиях.
8. Имеет очень высокий показатель КПД и cos φ.
1. Не возможности контролировать частоту вращения ротора без потери мощности.
2. Если увеличить нагрузку, то уменьшается момент.
3. Пусковой момент очень мал по сравнению с другими машинами.
4. При недогрузе увеличивается показатель cos φ
5. Высокие показатели пусковых токов.
Достоинства двигателей с фазным ротором:
1. По сравнению с короткозамкнутыми двигателями, имеет достаточно большой вращающий момент. Что позволяет его запускать под нагрузкой.
2. Может работать с небольшим перегрузом, и при этом частота вращения вала практически не меняется.
3. Небольшой пусковой ток.
4. Можно применять автоматические пусковые устройства.
1. Большие габариты.
2. Показатели КПД и cos φ меньше, чем у двигателей с короткозамкнутым ротором. И при недогрузе эти показатели имеют минимальное значение
3. Нужно обслуживать щёточный механизм.
Соединение асинхронного двигателя
Фазные обмотки статора электродвигателя соединяются в звезду или треугольник (в зависимости от напряжения сети). Если в паспорте электродвигателя указано, что обмотки выполнены на напряжение 220/380 В, то при включении его в сеть с линейным напряжением 220 В обмотки соединяют в треугольник, а при включении в сеть 380 В - в звезду.
Магнитный пускатель (далее — пускатель) — коммутационный аппарат предназначенный для пуска и остановки двигателя.
Кнопки для управления электродвигателем входят в состав кнопочных постов, кнопочные посты могут быть однокнопочные, двухкнопочные, трехкнопочные и т.д
Данная схема является самой простой схемой подключения электродвигателя, в ней отсутствует цепь управления, а включение и отключение электродвигателя осуществляется автоматическим выключателем.
Главными достоинствами данной схемы является дешевизна и простота сборки, к недостаткам же данной схемы можно отнести то, что автоматические выключатели не предназначены для частого коммутирования цепей это, в сочетании с пусковыми токами, приводит к значительному сокращению срока службы автомата, кроме того в данной схеме отсутствует возможность устройства дополнительной защиты электродвигателя.
IV. Наглядный показ соединения асинхронного двигателя
V.Выдача задания.:Студентам дается схема подключения асинхронного двигателя
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Тема урока: Классификация электрических машин. Режимы работы эл. машин.
Цель урока: Изучить виды электрических машин
Образовательные :
1.Рассмотреть виды электрических машин по назначению
2. Рассмотреть виды электрических машин по роду тока
3. Рассмотреть виды электрических машин по принципу действия
4. Рассмотреть виды электрических машин по степени защиты
5. Рассмотреть виды электрических машин по способу охлаждения
6.Рассмотреть виды электрических машин по частоте вращения.
7.Рассмотреть виды электрических машин по мощности.
8. Рассмотреть виды электрических машин в зависимости от микроклиматических условий и условий размещения
Развивающие: Развитие технического мышления, познавательного интереса.
Воспитательные: Формирование чувства ответственности, внимательности.
Тип урока : комбинированный
по источнику получения знаний – устного изложения, словесный (рассказ), наглядный практический ;
по характеру познавательной деятельности – объяснительно – иллюстративный, репродуктивный.
Формы работы: фронтальная.
1.Организационный момент.
Отметить отсутствующих студентов и сделать записи в журнале.
2. Актуализация опорных знаний
2.1. по контрольным вопросам.
1. Назовите классификацию трансформаторов по назначению, по количеству фаз, по конструкции магнитопровода
2.Назовите классификацию трансформаторов по количеству обмоток, по применению, по расположению обмоток
3.Каковы особенности устройства трехфазных трансформаторов?
4.Каковы особенности устройства автотрансформаторов?
5. Назовите режимы работы трансформаторов
6. Как определяется коэффициент трансформации?
3. Изложение нового материала
3.1.Классификация по назначению. Электрические машины по назначению подразделяют на следующие виды: электромашинные генераторы*, преобразующие механическую энергию в электрическую. Их устанавливают на электрических станциях и различных транспортных установках: автомобилях, самолетах, тепловозах, кораблях, передвижных электростанциях и др. На электростанциях они приводятся во вращение с помощью мощных паровых и гидравлических турбин, а на транспортных установках - от двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. В ряде случаев генераторы используют в качестве источников питания в установках связи, устройствах автоматики, измерительной техники и пр.;
электрические двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую; они приводят во вращение различные машины, механизмы и устройства, применяемые в промышленности, сельском хозяйстве, связи, на транспорте, в военном деле и быту. В современных системах автоматического управления их используют в качестве исполнительных, регулирующих и программирующих органов;
электромашинные преобразователи, преобразующие переменный ток в постоянный и, наоборот, изменяющие величину напряжения переменного и постоянного тока, частоту, число фаз и др. Их широко используют в промышленности, на транспорте и в военном деле, хотя в последнее десятилетие роль электромашинных преобразователей существенно уменьшилась вследствие применения статических полупроводниковых преобразователей; электромашинные компенсаторы, осуществляющие генерирование реактивной мощности в электрических установках для улучшения энергетических показателей источников и приемников электрической энергии;
электромашинные усилители, используемые для управления объектами относительно большой мощности посредством электрических сигналов малой мощности, подаваемых на их обмотки возбуждения (управления). Роль электромашинных усилителей в последнее время также уменьшилась из-за широкого применения усилителей, выполненных на полупроводниковых элементах (транзисторах, тиристорах);
электромеханические преобразователи сигналов, генерирующие, преобразующие и усиливающие различные сигналы. Их выполняют обычно в виде электрических микромашин и широко используют в системах автоматического регулирования, измерительных и счетно-решающих устройствах в качестве различных датчиков, дифференцирующих и интегрирующих элементов, сравнивающих и регулирующих органов и др.
3.2.Классификация по роду тока и принципу действия .
3.2.1.Электрические машины по роду тока делят на машины переменного и постоянного тока.
3.2.2.Машины переменного тока в зависимости от принципа действия и особенностей электромагнитной системы подразделяют на асинхронные, синхронные и коллекторные машины.
Асинхронные машины используют главным образом в качестве электрических двигателей трехфазного тока. Простота устройства и высокая надежность позволяют применять их в различных отраслях техники для привода станков, грузоподъемных и землеройных машин, компрессоров, вентиляторов и пр. В системах автоматического регулирования широко используют одно- и двухфазные управляемые асинхронные двигатели, асинхронные тахогенераторы, а также сельсины.
Синхронные машины применяют в качестве генераторов переменного тока промышленной частоты на электрических станциях и генераторов повышенной частоты в автономных источниках питания (на кораблях, самолетах и т. п.). В электрических приводах большой мощности применяют также синхронные электродвигатели. В устройствах автоматики широко используют различные синхронные машины малой мощности (реактивные, с постоянными магнитами, гистерезисные, шаговые, индукторные и пр.).
Коллекторные машины переменного тока используют сравнительно редко и главным образом в качестве электродвигателей. Они имеют сложную конструкцию и требуют тщательного ухода. В устройствах автоматики, а также в различного рода электробытовых приборах применяют универсальные коллекторные двигатели, работающие как на постоянном, так и на переменном токе.
Машины постоянного тока применяют в качестве генераторов и электродвигателей в устройствах электропривода, требующих регулирования частоты вращения в широких пределах: железнодорожный и морской транспорт, прокатные станы, электротрансмиссии большегрузных автомобилей, грузоподъемные и землеройные машины, сложные металлообрабатывающие станки и пр., а также в тех случаях, когда источниками электрической энергии для питания электродвигателей служат аккумуляторные батареи (стартерные двигатели, двигатели подводных лодок, космических кораблей и т. п.).
Генераторы постоянного тока часто применяют для питания устройств связи, зарядки аккумуляторных батарей, в качестве основных источников питания на транспортных установках (автомобилях, самолетах, тепловозах, пассажирских вагонах). Однако в последнее время генераторы постоянного тока заменяются генераторами переменного тока, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.
В системах автоматического регулирования машины постоянного тока широко используют в качестве электромашинных усилителей, исполнительных двигателей и тахогенераторов.
3.3.Классификация по мощности. Электрические машины по мощности условно подразделяют на микромашины, машины малой, средней и большой мощности.
Микромашины имеют мощность от долей ватта до 500 Вт. Эти машины работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной и повышенной (400 - 2000 Гц) частоты.
Машины малой мощности - от 0,5 до 10 кВт. Они работают как на постоянном, так и на переменном токе нормальной или повышенной частоты.
Машины средней мощности - от 10 кВт -300кВтдо нескольких сотен киловатт *.
Машины большой мощности - свыше нескольких сотен киловатт. Машины большой и средней мощности обычно предназначают для работы на постоянном или переменном токе нормальной частоты**.
3.4.Классификация по частоте вращения. Электрические машины по частоте вращения условно подразделяют на: тихоходные - с частотами вращения до 300 об/мин;
средней быстроходности - 300-1500 об/мин; быстроходные - 1500 - 6000 об/мин; сверхбыстроходные - свыше 6000 об/мин. Микромашины выполняют для частот вращения от нескольких оборотов в минуту до 60000 об/мин; машины большой и средней мощности - обычно до 3000 об/мин.
Защита от внешних воздействий . Конструктивное выполнение электрической машины во многом определяют требования, предъявляемые к защите ее от внешних воздействий. В зависимости от этого ГОСТ устанавливает буквенно-цифровое обозначение исполнений электрических машин, состоящее из двух букв IP (International Protection) и двух цифр. Первая цифра (от 0 до 6) характеризует степень защиты обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями машины и от попадания внутрь ее твердых посторонних предметов. Вторая цифра (от 0 до 8) характеризует степень защиты машины от проникновения в нее влаги.
1, 3 — вентиляционные окна для входа и выхода охлаждающего воздуха; 2 —станина; 4 — подшипниковый щит; 5 — вал; 6 — лапы
Рис. 1.2. Асинхронный двигатель каплезащищенного исполнения (степень защиты IP23): 1 — вал; 2, 4 — вентиляционные окна для входа и выхода охлаждающего воздуха; 3 — подшипниковый щит; 5 — станина; б — коробка с выводами
Рис. 1.3. Асинхронный двигатель
закрытого исполнения (степень защиты IP44):
1 — вал; 2, 5 — подшипниковые щиты; 3 — коробка с выводами; 4 — охлаждающие ребра станины; б — лапы
Различают следующие виды исполнения электрических машин: открытое, защищенное, каплезащищенное, брызгозащищенное, водозащищенное, пылезащищенное, закрытое, герметичное, взрывозащищенное.
Открытое (IP00) — машина не имеет специальных приспособлений, предохраняющих от попадания внутрь посторонних предметов и случайного соприкосновения обслуживающего персонала с токопроводящими и вращающимися частями; машины открытого исполнения встречаются редко и лишь в устаревших конструкциях.
Защищенное (IP21—IP22 и др.) - машины имеют специальные приспособления, выполненные, например, в виде соответствующих крышек, кожухов, сеток (рис. 1.1). При этом междукрышками и щитами или станиной машины оставляют щели, необходимые для циркуляции воздуха, охлаждающего машину. Такие машины могут устанавливаться только в закрытых помещениях, так как они не имеют приспособлений, защищающих от дождя.
Брызгозащищенное и каплезащищенное (IP23 —IP24 и др.) — машины снабжены приспособлениями, защищающими их от проникновения к токоведущим и вращающимся частям капель воды или водяных брызг (рис. 1.2). В этих машинах все отверстия, расположенные в верхней части корпуса и подшипниковых щитов, закрывают глухими крышками; отверстия, расположенные сбоку, обычно защищают кожухами, крышками и жалюзи, а расположенные снизу — сетками. Такие машины могут устанавливаться на открытом воздухе.
Водозащищенное (IP55—IP56) — машины недоступны проникновению внутрь струй воды любого направления (также снизу). В них предусмотрены усиленные уплотнения резиновыми прокладками и сальниками. Случайно попавшая в машину вода вытекает из нее или удаляется охлаждающим воздухом. Подобные машины применяют главным образом на судовых установках.
Пылезащищенное (IP65 — IP66) — машины защищены от попадания внутрь пыли в опасных для нормальной работы количествах.
Закрытое (IP44 — IP54) — внутреннее пространство машины изолировано от внешней среды (рис. 1.3). Такие машины применяют для работы в пыльных помещениях, на движущихся транспортных средствах (автомобилях, железнодорожных вагонах, локомотивах), в авиации и пр. К закрытому исполнению относят также машины с охлаждением по замкнутому циклу (воздухом, водородом и др.).
Имеются также исполнения машин, предназначенных для работы в особых условиях:
Взрывозащищенное (взрывобезопасное) — машины могут работать во взрыво- и пожароопасной среде, так как изоляция их токоведущих и вращающихся частей от внешней среды исключает возникновение взрыва и воспламенения газов в окружающем пространстве при искрении и других ненормальных явлениях. При взрыве внутри машины накопившихся газов возникающее пламя не может проникнуть в окружающую среду.
Влагостойкое — для работы в условиях большой влажности.
Морозостойкое — для работы при особо низких температурах и при возможном образовании инея.
Химостойкое — для работы в условиях наличия паров агрессивных химических веществ и при воздействии химических реагентов.
Тропикостойкое — для работы в тропических условиях при возможном образовании плесневых грибов.
3.6. Классификация эл. машин в зависимости от макроклиматических условий
Климатические условия и условия размещения . При эксплуатации электрических машин в нормальных климатических условиях температура окружающей среды составляет (25 + 10)*С, относительная влажность воздуха 35 — 80 % и атмосферное давление 84—106 кПа.
В зависимости от макроклиматических условий ГОСТ предусматривает различные их климатические исполнения, которым присваиваются определенные обозначения. Электрические двигатели, предназначенные для эксплуатации на суше, реках и озерах в макроклиматических районах с умеренным климатом, имеют обозначение—У; с холодным —ХЛ;
с влажным тропическим — ТВ;
с сухим тропическим — ТС;
с сухим и с влажным тропическим — Т;
для всех макроклиматических районов на суше (общеклиматическое исполнение) — О. Двигатели, предназначенные для установки на морских судах в макроклиматических районах с умеренно-холодным морским климатом, имеют обозначение М, с тропическим морским — ТМ; для неограниченного района плавания — ОМ; двигатели, предназначенные для всех макроклиматических районов на суше и на море,— В.
3.7. Классификация эл. машин в зависимости от условий размещения ГОСТ предусматривает различные исполнения электрических двигателей, которым также присваиваются определенные обозначения. Двигатели, которые могут эксплуатироваться
на открытом воздухе, имеют обозначение 1;
в закрытом помещении, где температура и влажность воздуха несущественно отличаются от наружного воздуха,— 2;
в закрытых помещениях, в которых колебания температуры и влажности, а также воздействие песка и пыли на машину существенно меньше, чем на открытом воздухе, -3;
в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями (например, в закрытых отапливаемых помещениях) - 4;
в помещениях с повышенной влажностью (например, в неотапливаемых и невентилируемых подземных помещениях) - 5. Например, двигатели, которые могут работать в районах с холодным климатом при установке на открытом воздухе, имеют обозначение ХЛ1; в районах с умеренным климатом в закрытых помещениях — УЗ или У4.В зависимости от климатического исполнения машины и условий ее размещения соответственно изменяют конструкцию ее корпуса, применяют различные уплотнения, усиливают изоляцию обмоток и осуществляют другие конструктивные меры, обеспечивающие нормальную эксплуатацию машины в течение установленного срока.
3.8. Классификация эл. машин по способу охлаждения. Для предотвращения чрезмерного нагрева частей машины (теплота, выделяющаяся в ней, зависит от значения потерь мощности) применяют различные способы охлаждения электрических машин. Способ охлаждения зависит от вида исполнения машины и ее мощности. При повышении мощности электрической машины требуется увеличивать интенсивность ее охлаждения. Электрические микромашины обычно не имеют искусственного охлаждения. Отвод теплоты от нагретых частей (обмоток, ротора, статора, коллектора) осуществляется у них за счет естественной теплоотдачи окружающей среде (машины с естественным охлаждением).Вращающиеся электрические машины малой, средней и большой мощности выполняют с искусственным охлаждением. В этих машинах с помощью специальных приспособлений достигается увеличение скорости движения охлаждающей среды. Для большинства электрических машин охлаждающей средой служит воздух, но иногда для этой цели применяют водород. Такие машины называют вентилируемыми. Вентилируемые машины, у которых охлаждающий воздух или иной газ проходит через внутреннее пространство машины, называют продуваемыми; если же они обдувают только наружную поверхность машины — обдуваемыми.
Обозначение способов охлаждения состоит из букв IС (International Cooling) и двух цифр: первая (от 0 до 6) условно обозначает устройство цепи для циркуляции хладоагента, вторая (от 0 до 7) — способ его перемещения.
Вращающиеся электрические машины малой и средней мощности обычно выполняют с самовентиляцией. В этом случае охлаждение нагретых частей осуществляется вентилятором, который насаживают на вал ротора. В некоторых машинах вентиляторами являются вентиляционные лопасти или другие приспособления, пристраиваемые к торцовой части сердечника ротора.
Характерным свойством электрических машин является их обратимость. Действительно, если якорь машины постоянного тока вращается в магнитном поле полюсов механическим двигателем, то машина будет источником электрической энергии. Та же машина может использоваться и как источник механической энергии. Для этого к обмотке якоря с помощью щеток и коллектора нужно подвести электрическую энергию, и якорь придет во вращение.
Таким образом, для электродвигателей возможны два основных режима работы: двигательный и генераторный , часто называемый также тормозным режимом.
В двигательном режиме (рис. 1, а ) к зажимам электродвигателя подводится электрическая энергия, преобразуемая им в механическую. Создаваемый при этом вращающий момент принято считать положительным, так как направление момента совпадает с направлением вращения.При работе электродвигателя в тормозном режиме (рис. 1, б ) к валу подводится механическая энергия, которая машиной преобразуется в электрическую. Создаваемый при этом вращающий момент будет отрицательным, так как он препятствует вращению машины.
Любой электродвигатель может работать в любом из этих режимов при определенных условиях. При работе в двигательном режиме к валу электродвигателя приложены два момента: момент, развиваемый электродвигателем, и момент, создаваемый приводимым в движение механизмом. Последний называют статическим моментом или моментом сил сопротивления на валу электродвигателя. В дальнейшем момент, развиваемый в двигательном режиме, будем называть вращающим , а момент, развиваемый в генераторном режиме, — тормозным .
4. Закрепление изученного материала по контрольным вопросам
1.Перечислите виды электрических машин по назначению и роду тока
2. Перечислите виды электрических машин по принципу действия, степени защиты, способу охлаждения
3. Перечислите виды электрических машин по частоте вращения, мощности.
4 Перечислите виды электрических машин в зависимости от микроклиматических условий и условий размещения
5. Перечислите режимы работы электрических машин
5. Подведение итога урока.
5.1.Выставление оценок в журнал.
5.2. Домашнее задание.
Данный проект урока с технологической картой предсатвляет собой разработку урока электротехники по программе среднего профессионального образования и соответствует ФГОС третьего поколения. Целью является изучить принцип действия асинхронной машины переменного тока. На уроке преподаватель с помощью данного материала развивает техническое мышление учащихся, умение анализировать, сопоставлять, джелать выводы.
Тема урока: Асинхронные электрические машины переменного тока. Слайд 1
Образовательная: изучить принцип действия и устройство асинхронной машины переменного
Развивающая: развивать техническое мышление учащихся, умение анализировать, сопоставлять
полученные результаты, делать соответствующие выводы.
Воспитательная: воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.
Организация начала урока
Постановка цели
Двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию.
В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должен работать электродвигатель, они делятся на две категории: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока.
Двигатели переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными.
В наше время наиболее распространенными электродвигателями являются асинхронные двигатели. Они получили такое широкое распространение из-за своей низкой стоимости, простоты в конструкции и высокой надежности при эксплуатации. Коэффициент полезного действия (КПД): асинхронных двигателей при мощностях более 1 кВт составляет 0,7 — 0,95.
Машины мощностью больше 0,5 кВт обычно выполняются трёхфазными, а при меньшей мощности – однофазными.
Асинхронный двигатель трехфазного тока представляет собой электрическую машину, служащую для преобразования электрической энергии трехфазного тока в механическую энергию. Благодаря простоте устройства, высокой надежности в эксплуатации и меньшей стоимости по сравнению с другими двигателями асинхронные двигатели трехфазного тока нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. С их помощью приводятся в движение металлорежущие и деревообрабатывающие станки, подъемные краны, лебедки, лифты эскалаторы, насосы, вентиляторы и другие механизмы.
Цель: изучить принцип действия и устройство асинхронной машины переменного тока.
Новый материал Слайд 2
Впервые конструкция трёхфазного асинхронного двигателя была разработана, создана и опробована нашим русским инженером М. О. Доливо-Добровольским в 1889-91 годах. Демонстрация первых двигателей состоялась на Международной электротехнической выставке во Франкфурте на Майне в сентябре 1891 года. На выставке было представлено три трёхфазных двигателя разной мощности. Самый мощный из них имел мощность 1.5 кВт и использовался для приведения во вращение генератора постоянного тока. Конструкция асинхронного двигателя, предложенная Доливо-Добровольским, оказалась очень удачной и является основным видом конструкции этих двигателей до настоящего времени.
Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил. Слайд 3
Д. Возникновение электромагнитной силы в проводнике с током, помещенном в магнитное поле.
Для увеличения электромеханических сил электрические машины имеют обмотки, состоящие из большого числа проводов.
Если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и вращать магнит вокруг его оси, то медный диск будет вращаться в том же направлении. При вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение.
На основании закона Ленца направление индуктированного тока таково, что противодействует причине его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в диске стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита.
В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока. Слайд 5
Возникающее магнитное поле статора пересекает обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, под действием которой в обмотке ротора проходит ток. В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем обмотки статора создастся вращающий момент, под действием которого ротор начнет вращаться по направлению магнитного поля.
Устройство. Слайд 6
Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. Слайд 7
Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия. Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами.
Если электродвигатель трехфазный, то каждая фаза расположена по отношению к другой фазе под углом 120 градусов.
Полярность полюсов все время меняется, так как ток переменный. Именно эта возможность смены полюсов и используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию.
Принцип действия. Слайд 8
Трёхфазное напряжение на обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора движется быстрее ротора, это способствует наведению тока в проводниках обмотки ротора, в результате чего образуется магнитное поле ротора. Магнитное поле, возникающее в обмотках ротора, стремясь приблизиться к магнитному полю статора, заставит ротор вращаться. Во время работы двигателя частота вращения ротора всегда ниже частоты вращения магнитного поля статора. Следовательно, магнитное поле ротора может пересекать магнитное поле статора и создавать вращающий момент.
Электродвигатель, у которого ротор вращается с частотой не равной частоте вращения магнитного поля статора, называют асинхронным.
На вал ротора напрессовываются подшипники, которые при сборке электродвигателя вставляются в переднюю и заднюю крышки статора. Затем эти крышки стягиваются с помощью шпилек.
Вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе. Слайд 9
1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка статора, 4 – сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал. Слайд 10
На щитке машины, закреплённом на станине, приводятся данные.
Pн, Uн, Iн, nн, а также тип машины.
Pн – это номинальная полезная мощность (на валу)
Uн и Iн – номинальные значения линейного напряжения и тока для указанной схемы соединения. Например, 380/220, Y/∆, IнY/Iн∆.
nн – номинальная частота вращения в об/мин.
Тип машины, например, задан в виде 4AH315S8. Это асинхронный двигатель (А) четвёртой серии защищённого исполнения. Если буква Н отсутствует, то двигатель закрытого исполнения.
315 – высота оси вращения в мм;
S – установочные размеры (они задаются в справочнике);
8 – число полюсов машины.
На коммутационной колодке трехфазного двигателя имеется шесть зажимов, Слайд 11
Читайте также: