Федеральне агентство з освіти
Російський державний професійно-педагогічний університет
Інженерно-педагогічний інститут
Кафедра професійно-педагогічних технологій
Контрольна робота
з дисципліни: Методика професійного навчання
на тему:
Призначення і конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Єкатеринбург 2010
Тема розробляється уроку: Призначення та конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Тип уроку: урок вивчення нових знань.
Освітня мета уроку: Вивчення та первинне закріплення знань. Актуалізація провідних знань.
Оснащення уроку: плакати: «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором», «Асинхронний двигун з фазним ротором», «Муздрамтеатр асинхронних машин».
План уроку
1. Організаційна частина (привітання, перевірка присутніх учнів, запис дати і теми в зошит) 5 хв.
2. Пояснення нового матеріалу 120 хв.
3. Висновок 15 хв.
4. Домашнє завдання 20 хв.
2. Конспект навчального матеріалу з обраної теми
1. Призначення та області застосування асинхронних машин
Асинхронної машиною називається двохобмотувальні електрична машина змінного струму, у якої тільки одна обмотка (первинна) отримує живлення від електричної мережі з постійною частотою ω 1, а друга обмотка (вторинна) замикається накоротко або на електричні опори. Струми у вторинній обмотці з'являються в результаті електромагнітної індукції. Їх частота ω 2 є функцією кутової швидкості ротора Ω, яка, у свою чергу, залежить від обертаючого моменту, прикладеного до валу.
Найбільшого поширення набули асинхронні машини з трифазною симетричної разноіменнополюсной обмоткою на статорі, що живиться від мережі змінного струму, і з трифазної або багатофазної симетричної разноіменнополюсной обмоткою на роторі.
Машини такого виконання називають просто «асинхронними машинами», в той час як асинхронні машини інших виконань відносяться до «спеціальним асинхронним машин».
Асинхронні машини використовуються в основному як двигуни; в якості генераторів вони застосовуються вкрай рідко.
Асинхронний двигун є найбільш поширеним типом двигуна змінного струму.
Разноіменнополюсная обмотка ротора асинхронного двигуна може бути короткозамкненою (біляча клітина) або фазної (приєднується до контактних кілець). Найбільше поширення мають дешеві у виробництві та надійні в експлуатації двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі, або короткозамкнені двигуни (рис. 1). Ці двигуни мають жорсткої механічною характеристикою (при зміні навантаження від холостого ходу до номінальної їх частота обертання зменшується всього на 2ч5%).
Двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі мають також досить високим початковим пусковим обертаючим моментом. Їх основні недоліки: труднощі здійснення плавного регулювання частоти обертання в широких межах; споживання великих струмів з мережі при пуску (в 5ч7 разів перевищують номінальний струм).
Двигуни з фазною обмоткою на роторі або двигуни з контактними кільцями (див. рис. 6) позбавлені цих недоліків ціною ускладнення конструкції ротора, що призводить до їх помітного подорожчання у порівнянні з короткозамкненим двигунами (приблизно в 1,5 рази). Тому двигуни з контактними кільцями на роторі знаходять застосування лише при важких умовах пуску, а також при необхідності плавного регулювання частоти обертання.
Двигуни з контактними кільцями іноді застосовують у каскаді з іншими машинами. Каскадні з'єднання асинхронної машини дозволяють плавно регулювати частоту обертання в широкому діапазоні при високому коефіцієнті потужності, однак через значну вартості не мають скільки-небудь помітного поширення.
У двигунах з контактними кільцями вивідні кінці обмотки ротора, фази якої з'єднуються зазвичай в зірку, приєднуються до трьох контактних кілець. За допомогою щіток, що стикаються з кільцями, в ланцюг обмотки ротора можна вводити додатковий опір або додаткову ЕРС для зміни пускових або робочих властивостей машини; щітки дозволяють також замкнути обмотку накоротко.
У більшості випадків додатковий опір вводиться в обмотку ротора тільки при пуску двигуна, що призводить до збільшення пускового моменту і зменшення пускових струмів і полегшує пуск двигуна. При роботі асинхронного двигуна пусковий реостат повинен бути повністю виведений, а обмотка ротора замкнута накоротко. Іноді асинхронні двигуни забезпечуються спеціальним пристроєм, що дозволяє після завершення пуску замкнути між собою контактні кільця і підняти щітки. У таких двигунах вдається підвищити ККД за рахунок виключення втрат від тертя кілець про щітки та електричних втрат в перехідному контакті щіток.
Випускаються заводами асинхронні двигуни призначаються для роботи в певних умовах з певними технічними даними, званими номінальними. До числа номінальних даних асинхронних двигунів, які вказуються в заводській табличці машини, укріпленої на її корпусі, відносяться:
механічна потужність, що розвивається двигуном, Р НОМ = Р 2НОМ;
частота мережі f 1;
лінійна напруга статора U 1НОМ;
лінійний струм статора I 1Л.НОМ;
частота обертання ротора n НОМ;
коефіцієнт потужності cosφ lHOM ;
коефіцієнт корисної дії η НОМ.
Якщо у трифазної обмотки статора виведені початку і кінці фаз і вона може бути включена в зірку або трикутник, то вказуються лінійні напруги і струми для кожного з можливих сполук (Y / Δ) у вигляді дробу U Л Y / U ЛΔ і I Л Y / I ЛΔ.
Крім того, для двигуна з контактними кільцями наводяться напруга на розімкнутих кільцях при нерухомому роторі і лінійний струм ротора в номінальному режимі.
Номінальні дані асинхронних двигунів варіюються в широких межах. Номінальна потужність - від доль вата до десятків тисяч кіловат. Номінальна синхронна частота обертання:
при частоті мережі 50 Гц від 3000 до 500об/мін і менше в особливих випадках, при підвищених частотах - до 100000 об / хв і більше (номінальна частота обертання ротора зазвичай на 2ч5% менше синхронної; в мікродвигуна - на 5ч20%). Номінальна напруга - від 24В до 10кВ (великі значення при великих потужностях).
Номінальний ККД асинхронних двигунів зростає із зростанням їх потужності і частоти обертання; при потужності понад 0,5 кВт він становить 0,65 ч0, 95; у двигунах малої потужності 0,2 ч0, 65.
Номінальний коефіцієнт потужності асинхронних двигунів, рівний відношенню активної потужності до повної потужності, що споживається з мережі,
також зростає з ростом потужності і частоти обертання двигунів; при потужності понад 1кВт він становить 0,7 ч0, 9; у двигунах малої потужності 0,3 ч0, 7.
2. Конструкція асинхронних машин з короткозамкненим ротором
Конструкція асинхронної машини з короткозамкненим ротором представлена на малюнку 1.
Статор машини складається з магнітопровода 2, трифазної разноіменнополюсной обмотки 20, вивідні кінці якої за допомогою вивідний коробки 13 приєднуються до мережі змінного струму і станини 1.
Активними елементами статора, спеціально призначеними для утворення обертового магнітного поля, є магнітопровід 2 і обмотка 20; станина виконує тільки конструктивні функції, фіксуючи активні частини в певному положенні (за допомогою лап 14 станина нерухомо закріплюється на фундаменті).
Малюнок 1 - Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором (55кВт, 1500об/мін, 50Гц, захищений обдувається).
Муздрамтеатр 2 набирається з ізольованих пластин електротехнічної сталі зазвичай товщиною 0,5 мм. Пластини штампуються з листової або рулонної електротехнічної сталі зі стандартизованими розмірами й ізолюються з обох сторін лаком. При зовнішньому діаметрі муздрамтеатру менше 1м, що має місце в усіх асинхронних двигунах, за винятком самих великих, його набирають з цілісних кільцеподібних пластин, на внутрішній стороні яких вирубані пази потрібної форми (рис. 2, б).
У конструкції за рисунком 1 радіальні канали в муздрамтеатрі відсутні. У цьому випадку кільцеві пластини збираються в пакет і пресуються поза станини на спеціальній циліндричної оправці. У спресованому стані пакет пластин утримується за допомогою натискних кілець 6 і стяжних скоб 5 і лише після установки обмотки вставляється в станину.
Малюнок 2 - Кільцеві пластини магнітопроводів ротора (а) і статора (б): 1 - ярмо; 2 - зубець; 3 - паз; 4 - аксіальний вентиляційний канал, 5 - отвір для валу; 6 - ярмо статора
Малюнок 3 - Кріплення в станині статора магнітопровода з радіальними каналами, набраного з цільних пластин.
Магнітопровід, утворений з ряду пакетів кільцевих пластин, відокремлених один від одного радіальними вентиляційними каналами, збирається зазвичай в станині. Необмотанний статор такої конструкції показаний на малюнку 3. У радіальному напрямку пакети пластин 1 центруються ребрами станини 2, в осьовому напрямку вони утримуються в спресованому стані нажімнимі шайбами 3 та привареними після запресовування муздрамтеатру шпонками 4. Канали між пластинами утворюються за допомогою дистанційних розпірок 5.
При зовнішньому діаметрі муздрамтеатру більш 1м він набирається з окремих сегментів, і конструкція статора виходить такий же, як у великих синхронних машинах.
З метою зменшення пульсацій магнітного поля і доданих втрат, пов'язаних із зубчастою муздрамтеатру, обмотка статора укладається в асинхронних машинах в напівзакриті пази (рис. 4, а). Тільки у великих асинхронних машинах застосовують шаблонні котушкові і стрижневі обмотки, що укладаються у відкриті пази. Для таких пазів придатні як одношарові, так і двошарові многовітковие котушкові всипними обмотки. Котушки цих обмоток намотуються з ізольованого обмоточного дроту круглого перерізу (7 на рис. 4, а) кожен провідник котушки «всипається» в паз окремо.
Малюнок 4 - Розрізи пазів: а - двошарової катушечной всипними обмотки статора асинхронного двигуна; б - трифазної двошарової хвильової стрижневою обмотки ротора асинхронного двигуна з контактними кільцями.
Для ізолювання витків котушки один від одного виявляється достатньої власна ізоляція обмотувальних провідників. Ізоляція обмотки від заземлених частин, звана корпусних ізоляцією, робиться в зоні пазових і лобових частин по-різному. Корпусні ізоляція пазової частини котушки виконується у вигляді «пазової коробочки», утвореної з декількох шарів 2ч4 ізоляційних матеріалів, яка закладається в паз перед укладанням обмотки. Обмотка закріплюється в пазах за допомогою клинів 7 з ізоляційного матеріалу. Під клини підкладаються ізоляційні прокладки 6. Ізоляцією між шарами обмотки служить прокладка 5 (у одношарової обмотці ця прокладка відсутня).
Ротор машини складається з магнітопровода 3 (див. рис. 1), в пазах якого розміщується неізольована багатофазна короткозамкнена обмотка 19, прибудованих до неї вентиляційних лопатей 7, валу 15 і двох вентиляторів 8 і 11. Активними елементами ротора, які беруть участь у процесі перетворення енергії, є магнітопровід 3 та обмотка 19; інші деталі мають конструктивне призначення: вал 15 передає механічну енергію до виконавчої машині, вентилятори 7,8 і 11 забезпечують циркуляцію охолоджувального середовища. Більш детально пристрій активних частин ротора показано на малюнку 5.
Муздрамтеатр ротора 4 (рис. 5) набирається з цілісних кільцевих пластин, відштампованих з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, на зовнішній стороні яких вирубані пази потрібної форми (на рис. 5 - закриті, на рис. 2, а - напівзакриті).
Пластини муздрамтеатру ротора набираються на спеціальну оправку, спресовуються на ній і утримуються в запресованому стані в процесі виготовлення короткозамкненою обмотки. Короткозамкнена обмотка відливається з алюмінію і не ізолюється від муздрамтеатру. Торцеві кільця 2 (рис. 5), що замикають з двох сторін стрижні обмотки 1, відлилися як одне ціле зі стрижнями. Одночасно у вигляді припливів до короткозамикающім кільцям відливаються вентиляційні лопаті 3.
Малюнок 5 - Муздрамтеатр ротора асинхронного двигуна з короткозамкненою обмоткою, литий з алюмінію.
Крім свого основного призначення короткозамкнена обмотка служить також для стягування пластин ротора після видалення оправлення. Це дозволяє обійтися без спеціальних пресуючих деталей, що утримують листи ротора в осьовому напрямку.
Вал ротора 15 (див. рис. 1) спирається на підшипники кочення 12, 17, які, у свою чергу, за допомогою підшипникових щитів 9, 21 і кришок підшипників 16,18 сполучаються зі станиною 1.
Кульковий підшипник 12 центрує ротор не тільки в радіальному, але і в осьовому напрямку, сприймаючи поряд з радіальними зусиллями також і осьові. Консистентна змазка підшипників закладається в камеру між підшипниковими кришками 16,18 і не потребує заміни протягом кількох років експлуатації. Оскільки зазор між магнітопроводами ротора і статора при потужності понад 0,5 кВт зазвичай не перевищує 0,3 ч1мм (у мікромашин 0,02 ч 0,3 мм), вал ротора повинен бути досить жорстким, а механічна обробка конструктивних частин, які забезпечують правильне положення осі валу в просторі , повинна проводитися з високою точністю.
На малюнку 1 представлено типове для серійних короткозамкнених асинхронних двигунів виконання за способом охолодження та захисту від впливу зовнішнього середовища - обдуваемого виконання, в якому внутрішній простір машини захищене від бризок води і пилу. Зовнішній обдув двигуна створюється зовнішнім вентилятором (кожух 10 захищає обслуговуючий персонал від дотику до вентилятора і спрямовує повітря до оребренной поверхні станини). Циркуляція повітря усередині машини посилюється за допомогою внутрішнього вентилятора 8 і вентиляційних лопатей 7 (напрям руху повітря показано на малюнку стрілками).
Підйом двигуна при монтажі проводиться за допомогою рима 4.
3. Конструкція асинхронних двигунів з фазним ротором
Конструкція асинхронної машини з контактними кільцями представлена на рисунку 6. Двигуни цього типу відрізняються від короткозамкнених тільки пристроєм ротора.
Статор двигуна може мати ті ж різновиди конструктивних виконань, що і в короткозамкненим двигуні. Статор двигуна за рис. 6 (з радіальними каналами в муздрамтеатрі) майже не відрізняється за конструкцією від статора на рис. 3, який був описаний в § 2.
Статор складається з станини 1, в якій за допомогою натискних шайб 5 і шпонок 7 укріплені пакети муздрамтеатру, набрані з кільцевих пластин 2. Для утворення каналів між пакетами служать розпірки 4. У пази муздрамтеатру статора покладена двошарова обмотка, котушки 30 якої пов'язані між собою сполуками 8. Вивідні кінці обмотки статора зосереджені у вивідний коробці 23. До фундаменту станина кріпиться лапами 22. Для підйому двигуна при монтажі служать рими 6.
Ротор двигуна складається з валу 26, на якому за допомогою натискних кілець 24, шпонки 21 і розрізний шпонки 20 зміцнені в запресованому стані пакети муздрамтеатру, набрані з кільцевих пластин 3 (див. рис. 2, а). Радіальні вентиляційні канали між пакетами утворюються дистанційними розпірками, поміщеними на кожному зубцеву розподілі. У напівзакритих пазах магнітопроводу ротора, показаних в розрізі на малюнку 4, б, розміщується трифазна двошарова хвильова стрижнева обмотка 29, поєднана зазвичай в зірку, вивідні кінці якої за допомогою електричних кабелів 19, проведених через отвір у валу, приєднані до контактних кілець 15.
Рис. 38.6. Асинхронний двигун з фазним ротором (250 кВт, 3000 об / хв, 50 Гц, захищений продувається)
Стрижні 1 обмотки із заздалегідь накладеної виткової ізоляцією 2, 3 (див. рис. 4, б) вставляються в пази з торцевого боку муздрамтеатру. Попередньо в пази вводиться пазова коробочка 4, що грає роль корпусної ізоляції. Для зміцнення стрижнів в радіальному напрямку і посилення виткової і корпусної ізоляції використовуються ізоляційні прокладки 5 і 6. Відцентрова сила, що діє на пазову частина обмотки, сприймається клинами 7 з ізоляційного матеріалу.
Лобові частини обмоток укладаються на натискні шайби 24 (рис. 6), які одночасно виконують роль обмоткодержателей, та охоплюються зовні кільцевими бандажами 32, розрахованими на сприйняття відцентрової сили.
Російський державний професійно-педагогічний університет
Інженерно-педагогічний інститут
Кафедра професійно-педагогічних технологій
Контрольна робота
з дисципліни: Методика професійного навчання
на тему:
Призначення і конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Єкатеринбург 2010
Тема розробляється уроку: Призначення та конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Тип уроку: урок вивчення нових знань.
Освітня мета уроку: Вивчення та первинне закріплення знань. Актуалізація провідних знань.
Оснащення уроку: плакати: «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором», «Асинхронний двигун з фазним ротором», «Муздрамтеатр асинхронних машин».
План уроку
1. Організаційна частина (привітання, перевірка присутніх учнів, запис дати і теми в зошит) 5 хв.
2. Пояснення нового матеріалу 120 хв.
3. Висновок 15 хв.
4. Домашнє завдання 20 хв.
2. Конспект навчального матеріалу з обраної теми
1. Призначення та області застосування асинхронних машин
Асинхронної машиною називається двохобмотувальні електрична машина змінного струму, у якої тільки одна обмотка (первинна) отримує живлення від електричної мережі з постійною частотою ω 1, а друга обмотка (вторинна) замикається накоротко або на електричні опори. Струми у вторинній обмотці з'являються в результаті електромагнітної індукції. Їх частота ω 2 є функцією кутової швидкості ротора Ω, яка, у свою чергу, залежить від обертаючого моменту, прикладеного до валу.
Найбільшого поширення набули асинхронні машини з трифазною симетричної разноіменнополюсной обмоткою на статорі, що живиться від мережі змінного струму, і з трифазної або багатофазної симетричної разноіменнополюсной обмоткою на роторі.
Машини такого виконання називають просто «асинхронними машинами», в той час як асинхронні машини інших виконань відносяться до «спеціальним асинхронним машин».
Асинхронні машини використовуються в основному як двигуни; в якості генераторів вони застосовуються вкрай рідко.
Асинхронний двигун є найбільш поширеним типом двигуна змінного струму.
Разноіменнополюсная обмотка ротора асинхронного двигуна може бути короткозамкненою (біляча клітина) або фазної (приєднується до контактних кілець). Найбільше поширення мають дешеві у виробництві та надійні в експлуатації двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі, або короткозамкнені двигуни (рис. 1). Ці двигуни мають жорсткої механічною характеристикою (при зміні навантаження від холостого ходу до номінальної їх частота обертання зменшується всього на 2ч5%).
Двигуни з короткозамкненою обмоткою на роторі мають також досить високим початковим пусковим обертаючим моментом. Їх основні недоліки: труднощі здійснення плавного регулювання частоти обертання в широких межах; споживання великих струмів з мережі при пуску (в 5ч7 разів перевищують номінальний струм).
Двигуни з фазною обмоткою на роторі або двигуни з контактними кільцями (див. рис. 6) позбавлені цих недоліків ціною ускладнення конструкції ротора, що призводить до їх помітного подорожчання у порівнянні з короткозамкненим двигунами (приблизно в 1,5 рази). Тому двигуни з контактними кільцями на роторі знаходять застосування лише при важких умовах пуску, а також при необхідності плавного регулювання частоти обертання.
Двигуни з контактними кільцями іноді застосовують у каскаді з іншими машинами. Каскадні з'єднання асинхронної машини дозволяють плавно регулювати частоту обертання в широкому діапазоні при високому коефіцієнті потужності, однак через значну вартості не мають скільки-небудь помітного поширення.
У двигунах з контактними кільцями вивідні кінці обмотки ротора, фази якої з'єднуються зазвичай в зірку, приєднуються до трьох контактних кілець. За допомогою щіток, що стикаються з кільцями, в ланцюг обмотки ротора можна вводити додатковий опір або додаткову ЕРС для зміни пускових або робочих властивостей машини; щітки дозволяють також замкнути обмотку накоротко.
У більшості випадків додатковий опір вводиться в обмотку ротора тільки при пуску двигуна, що призводить до збільшення пускового моменту і зменшення пускових струмів і полегшує пуск двигуна. При роботі асинхронного двигуна пусковий реостат повинен бути повністю виведений, а обмотка ротора замкнута накоротко. Іноді асинхронні двигуни забезпечуються спеціальним пристроєм, що дозволяє після завершення пуску замкнути між собою контактні кільця і підняти щітки. У таких двигунах вдається підвищити ККД за рахунок виключення втрат від тертя кілець про щітки та електричних втрат в перехідному контакті щіток.
Випускаються заводами асинхронні двигуни призначаються для роботи в певних умовах з певними технічними даними, званими номінальними. До числа номінальних даних асинхронних двигунів, які вказуються в заводській табличці машини, укріпленої на її корпусі, відносяться:
механічна потужність, що розвивається двигуном, Р НОМ = Р 2НОМ;
частота мережі f 1;
лінійна напруга статора U 1НОМ;
лінійний струм статора I 1Л.НОМ;
частота обертання ротора n НОМ;
коефіцієнт потужності cosφ lHOM ;
коефіцієнт корисної дії η НОМ.
Якщо у трифазної обмотки статора виведені початку і кінці фаз і вона може бути включена в зірку або трикутник, то вказуються лінійні напруги і струми для кожного з можливих сполук (Y / Δ) у вигляді дробу U Л Y / U ЛΔ і I Л Y / I ЛΔ.
Крім того, для двигуна з контактними кільцями наводяться напруга на розімкнутих кільцях при нерухомому роторі і лінійний струм ротора в номінальному режимі.
Номінальні дані асинхронних двигунів варіюються в широких межах. Номінальна потужність - від доль вата до десятків тисяч кіловат. Номінальна синхронна частота обертання:
при частоті мережі 50 Гц від 3000 до 500об/мін і менше в особливих випадках, при підвищених частотах - до 100000 об / хв і більше (номінальна частота обертання ротора зазвичай на 2ч5% менше синхронної; в мікродвигуна - на 5ч20%). Номінальна напруга - від 24В до 10кВ (великі значення при великих потужностях).
Номінальний ККД асинхронних двигунів зростає із зростанням їх потужності і частоти обертання; при потужності понад 0,5 кВт він становить 0,65 ч0, 95; у двигунах малої потужності 0,2 ч0, 65.
Номінальний коефіцієнт потужності асинхронних двигунів, рівний відношенню активної потужності до повної потужності, що споживається з мережі,
також зростає з ростом потужності і частоти обертання двигунів; при потужності понад 1кВт він становить 0,7 ч0, 9; у двигунах малої потужності 0,3 ч0, 7.
2. Конструкція асинхронних машин з короткозамкненим ротором
Конструкція асинхронної машини з короткозамкненим ротором представлена на малюнку 1.
Статор машини складається з магнітопровода 2, трифазної разноіменнополюсной обмотки 20, вивідні кінці якої за допомогою вивідний коробки 13 приєднуються до мережі змінного струму і станини 1.
Активними елементами статора, спеціально призначеними для утворення обертового магнітного поля, є магнітопровід 2 і обмотка 20; станина виконує тільки конструктивні функції, фіксуючи активні частини в певному положенні (за допомогою лап 14 станина нерухомо закріплюється на фундаменті).
Малюнок 1 - Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором (55кВт, 1500об/мін, 50Гц, захищений обдувається).
Муздрамтеатр 2 набирається з ізольованих пластин електротехнічної сталі зазвичай товщиною 0,5 мм. Пластини штампуються з листової або рулонної електротехнічної сталі зі стандартизованими розмірами й ізолюються з обох сторін лаком. При зовнішньому діаметрі муздрамтеатру менше 1м, що має місце в усіх асинхронних двигунах, за винятком самих великих, його набирають з цілісних кільцеподібних пластин, на внутрішній стороні яких вирубані пази потрібної форми (рис. 2, б).
У конструкції за рисунком 1 радіальні канали в муздрамтеатрі відсутні. У цьому випадку кільцеві пластини збираються в пакет і пресуються поза станини на спеціальній циліндричної оправці. У спресованому стані пакет пластин утримується за допомогою натискних кілець 6 і стяжних скоб 5 і лише після установки обмотки вставляється в станину.
Малюнок 2 - Кільцеві пластини магнітопроводів ротора (а) і статора (б): 1 - ярмо; 2 - зубець; 3 - паз; 4 - аксіальний вентиляційний канал, 5 - отвір для валу; 6 - ярмо статора
Малюнок 3 - Кріплення в станині статора магнітопровода з радіальними каналами, набраного з цільних пластин.
Магнітопровід, утворений з ряду пакетів кільцевих пластин, відокремлених один від одного радіальними вентиляційними каналами, збирається зазвичай в станині. Необмотанний статор такої конструкції показаний на малюнку 3. У радіальному напрямку пакети пластин 1 центруються ребрами станини 2, в осьовому напрямку вони утримуються в спресованому стані нажімнимі шайбами 3 та привареними після запресовування муздрамтеатру шпонками 4. Канали між пластинами утворюються за допомогою дистанційних розпірок 5.
При зовнішньому діаметрі муздрамтеатру більш 1м він набирається з окремих сегментів, і конструкція статора виходить такий же, як у великих синхронних машинах.
З метою зменшення пульсацій магнітного поля і доданих втрат, пов'язаних із зубчастою муздрамтеатру, обмотка статора укладається в асинхронних машинах в напівзакриті пази (рис. 4, а). Тільки у великих асинхронних машинах застосовують шаблонні котушкові і стрижневі обмотки, що укладаються у відкриті пази. Для таких пазів придатні як одношарові, так і двошарові многовітковие котушкові всипними обмотки. Котушки цих обмоток намотуються з ізольованого обмоточного дроту круглого перерізу (7 на рис. 4, а) кожен провідник котушки «всипається» в паз окремо.
Малюнок 4 - Розрізи пазів: а - двошарової катушечной всипними обмотки статора асинхронного двигуна; б - трифазної двошарової хвильової стрижневою обмотки ротора асинхронного двигуна з контактними кільцями.
Для ізолювання витків котушки один від одного виявляється достатньої власна ізоляція обмотувальних провідників. Ізоляція обмотки від заземлених частин, звана корпусних ізоляцією, робиться в зоні пазових і лобових частин по-різному. Корпусні ізоляція пазової частини котушки виконується у вигляді «пазової коробочки», утвореної з декількох шарів 2ч4 ізоляційних матеріалів, яка закладається в паз перед укладанням обмотки. Обмотка закріплюється в пазах за допомогою клинів 7 з ізоляційного матеріалу. Під клини підкладаються ізоляційні прокладки 6. Ізоляцією між шарами обмотки служить прокладка 5 (у одношарової обмотці ця прокладка відсутня).
Ротор машини складається з магнітопровода 3 (див. рис. 1), в пазах якого розміщується неізольована багатофазна короткозамкнена обмотка 19, прибудованих до неї вентиляційних лопатей 7, валу 15 і двох вентиляторів 8 і 11. Активними елементами ротора, які беруть участь у процесі перетворення енергії, є магнітопровід 3 та обмотка 19; інші деталі мають конструктивне призначення: вал 15 передає механічну енергію до виконавчої машині, вентилятори 7,8 і 11 забезпечують циркуляцію охолоджувального середовища. Більш детально пристрій активних частин ротора показано на малюнку 5.
Муздрамтеатр ротора 4 (рис. 5) набирається з цілісних кільцевих пластин, відштампованих з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм, на зовнішній стороні яких вирубані пази потрібної форми (на рис. 5 - закриті, на рис. 2, а - напівзакриті).
Пластини муздрамтеатру ротора набираються на спеціальну оправку, спресовуються на ній і утримуються в запресованому стані в процесі виготовлення короткозамкненою обмотки. Короткозамкнена обмотка відливається з алюмінію і не ізолюється від муздрамтеатру. Торцеві кільця 2 (рис. 5), що замикають з двох сторін стрижні обмотки 1, відлилися як одне ціле зі стрижнями. Одночасно у вигляді припливів до короткозамикающім кільцям відливаються вентиляційні лопаті 3.
Малюнок 5 - Муздрамтеатр ротора асинхронного двигуна з короткозамкненою обмоткою, литий з алюмінію.
Крім свого основного призначення короткозамкнена обмотка служить також для стягування пластин ротора після видалення оправлення. Це дозволяє обійтися без спеціальних пресуючих деталей, що утримують листи ротора в осьовому напрямку.
Вал ротора 15 (див. рис. 1) спирається на підшипники кочення 12, 17, які, у свою чергу, за допомогою підшипникових щитів 9, 21 і кришок підшипників 16,18 сполучаються зі станиною 1.
Кульковий підшипник 12 центрує ротор не тільки в радіальному, але і в осьовому напрямку, сприймаючи поряд з радіальними зусиллями також і осьові. Консистентна змазка підшипників закладається в камеру між підшипниковими кришками 16,18 і не потребує заміни протягом кількох років експлуатації. Оскільки зазор між магнітопроводами ротора і статора при потужності понад 0,5 кВт зазвичай не перевищує 0,3 ч1мм (у мікромашин 0,02 ч 0,3 мм), вал ротора повинен бути досить жорстким, а механічна обробка конструктивних частин, які забезпечують правильне положення осі валу в просторі , повинна проводитися з високою точністю.
На малюнку 1 представлено типове для серійних короткозамкнених асинхронних двигунів виконання за способом охолодження та захисту від впливу зовнішнього середовища - обдуваемого виконання, в якому внутрішній простір машини захищене від бризок води і пилу. Зовнішній обдув двигуна створюється зовнішнім вентилятором (кожух 10 захищає обслуговуючий персонал від дотику до вентилятора і спрямовує повітря до оребренной поверхні станини). Циркуляція повітря усередині машини посилюється за допомогою внутрішнього вентилятора 8 і вентиляційних лопатей 7 (напрям руху повітря показано на малюнку стрілками).
Підйом двигуна при монтажі проводиться за допомогою рима 4.
3. Конструкція асинхронних двигунів з фазним ротором
Конструкція асинхронної машини з контактними кільцями представлена на рисунку 6. Двигуни цього типу відрізняються від короткозамкнених тільки пристроєм ротора.
Статор двигуна може мати ті ж різновиди конструктивних виконань, що і в короткозамкненим двигуні. Статор двигуна за рис. 6 (з радіальними каналами в муздрамтеатрі) майже не відрізняється за конструкцією від статора на рис. 3, який був описаний в § 2.
Статор складається з станини 1, в якій за допомогою натискних шайб 5 і шпонок 7 укріплені пакети муздрамтеатру, набрані з кільцевих пластин 2. Для утворення каналів між пакетами служать розпірки 4. У пази муздрамтеатру статора покладена двошарова обмотка, котушки 30 якої пов'язані між собою сполуками 8. Вивідні кінці обмотки статора зосереджені у вивідний коробці 23. До фундаменту станина кріпиться лапами 22. Для підйому двигуна при монтажі служать рими 6.
Ротор двигуна складається з валу 26, на якому за допомогою натискних кілець 24, шпонки 21 і розрізний шпонки 20 зміцнені в запресованому стані пакети муздрамтеатру, набрані з кільцевих пластин 3 (див. рис. 2, а). Радіальні вентиляційні канали між пакетами утворюються дистанційними розпірками, поміщеними на кожному зубцеву розподілі. У напівзакритих пазах магнітопроводу ротора, показаних в розрізі на малюнку 4, б, розміщується трифазна двошарова хвильова стрижнева обмотка 29, поєднана зазвичай в зірку, вивідні кінці якої за допомогою електричних кабелів 19, проведених через отвір у валу, приєднані до контактних кілець 15.
Рис. 38.6. Асинхронний двигун з фазним ротором (250 кВт, 3000 об / хв, 50 Гц, захищений продувається)
Стрижні 1 обмотки із заздалегідь накладеної виткової ізоляцією 2, 3 (див. рис. 4, б) вставляються в пази з торцевого боку муздрамтеатру. Попередньо в пази вводиться пазова коробочка 4, що грає роль корпусної ізоляції. Для зміцнення стрижнів в радіальному напрямку і посилення виткової і корпусної ізоляції використовуються ізоляційні прокладки 5 і 6. Відцентрова сила, що діє на пазову частина обмотки, сприймається клинами 7 з ізоляційного матеріалу.
Лобові частини обмоток укладаються на натискні шайби 24 (рис. 6), які одночасно виконують роль обмоткодержателей, та охоплюються зовні кільцевими бандажами 32, розрахованими на сприйняття відцентрової сили.
Електричне з'єднання обертається обмотки ротора із зовнішніми (нерухомими) електричними ланцюгами проводиться за допомогою контактних кілець, на які виведені обмотки, і щіткового пристрою, пов'язаного з нерухомими електричними ланцюгами. Контактні кільця виконуються як окремий вузол машини. Кільця 15, виготовлені зі сталі, відокремлюються один від одного і від корпусу за допомогою ізоляційних прокладок 17. Всі ці деталі стягуються разом ізольованими шпильками 16 і пріфланцовиваются до торця валу. До кільцям щільно притискаються щітки, електрично з'єднані з токоподводящих шинами 12 щіткової траверси (крім цих шин на рис. 6 показані болти 11 щіткової траверси і її ізоляційні деталі, а також корпус 13 і кришка 14; щітки і щіткотримачі не показані).
Необхідний електричний контакт щіток з кільцями забезпечується за допомогою щіткотримачів, укріплених на шинах 12. З'єднання токоподводящих шин 12 щіткової траверси з пусковим реостатом проводиться у вивідний коробці контактних кілець 18.
Правильне розташування осі ротора по відношенню до статора і можливість обертання ротора забезпечуються за допомогою таких самих деталей, як у короткозамкненим двигуні за рис. 1 (підшипників кочення, роликового 25 і кулькового 10, підшипникових кришок 27 і підшипникових щитів 31).
За способом охолодження та захисту від впливу зовнішнього середовища двигун за рис. 6 має продувається каплезащіщенное виконання. Всередині машини повітря переміщається аксіально-радіально. Зовнішнє повітря поступає в машину з двох сторін через отвори в підшипникових щитах 31 і направляється дифузорами 9 до вентиляційним лопатей 28, проміжків між лобовими частинами стрижнів обмотки ротора і до аксіальним каналах в муздрамтеатрі ротора; далі повітря з аксіальних каналів потрапляє в радіальні канали в муздрамтеатрі ротора і статора, повітря від вентиляційних лопатей 28 і лобових частин ротора омиває лобові частини обмотки статора. Нагрітий в машині повітря потрапляє в простір між ярмом статора і корпусом станини, звідки він викидається назовні через бічні отвори в корпусі. Необхідний для циркуляції повітря напір створюється радіальними каналами в роторі, які грають роль відцентрових вентиляторів.
3. Складання специфікації понять
Таблиця 1 - Специфікація понять
4. Складання графа навчальної інформації
5. Складання структурно-логічних схем
6. Проект ескізу дошки
Плакати: «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором»:
«Асинхронний двигун з фазним ротором»:
«Муздрамтеатр асинхронних машин»:
Паз двошарової всипними обмотки статора АД
Паз двошарової хвильової стрижневою обмотки ротора АД з фазним ротором
7. Опорний конспект по темі уроку:
Пристрій і принцип роботи асинхронного двигуна:
8. Лист робочого зошита
1. Доповніть фрази.
1) Асинхронний двигун, обмотка ротора якого замикається на електричні опори, називається ____________________________
2) Муздрамтеатр асинхронної машини виготовляють з _________
3) Відставання частоти обертання ротора від обертового поля статора називають ________________________________________________________
4) Формула для розрахунку номінальної синхронної частоти вращенія________
5) Номінальний коефіцієнт потужності асинхронних двигунів розраховується за формулою _________________________________________.
2. Встановіть, яке з двох тверджень, записаних в колонках 1 і 2, істинно, а яке помилково.
9. Питання для актуалізації опорних знань
1. Який зазвичай товщини беруться листи електротехнічної сталі для набору муздрамтеатру?
2. Чим ізолюють один від одного листи електротехнічної сталі?
3. Які шкідливі явища викликають вихрові струми?
4. За допомогою чого сполучаються зі станиною підшипники кочення?
5. У чому полягає основне призначення вала ротора?
Задача 1
Які активні елементи статора, спеціально призначені для утворення обертового магнітного поля? Показати на плакатах.
Задача 2
На плакаті «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором» вказати основні конструктивні деталі ротора.
10. Самостійне домашнє завдання
Вирішити завдання:
Задача 1
Визначити частоту обертання ротора шестіполюсной асинхронної машини, при ковзанні 0,05 (s = 0,05) і частоті мережі 50 Гц (f 1 = 50).
Рішення
Задача 2
Визначити ковзання асинхронної машини, при частоті обертання ротора 28500 об / хв (n p = 28500 об / хв) і частоти мережі f 1 = 500 Гц. Відомо, що машина має на статорі 3 котушки.
Рішення
Література і методичне забезпечення
1. Електричні машини: підручник для вузів. У двох томах. Том 1 / А. В. Іванов-Смоленський. - 3-е вид., Стереотипами. - М: Видавничий дім МЕІ, 2006.
2. Кацман М.М. Електричні машини. М.: В.Ш., 2001
3. Копилов І.П. Електричні машини. М.: Вища школа, 1986
4. Електричні машини. Ч.. Машини змінного струму. Трансформатори: Навчальний посібник для технікумів / Под ред. В. Є. Китаєва .- М.: Вищ. школа, 1978.
Сайти:
1. http://www.4tivo.com/
2. http://www.twirpx.com/
Плакати
1. «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором»
2. «Асинхронний двигун з фазним ротором»
3. «Муздрамтеатр асинхронних машин».
Необхідний електричний контакт щіток з кільцями забезпечується за допомогою щіткотримачів, укріплених на шинах 12. З'єднання токоподводящих шин 12 щіткової траверси з пусковим реостатом проводиться у вивідний коробці контактних кілець 18.
Правильне розташування осі ротора по відношенню до статора і можливість обертання ротора забезпечуються за допомогою таких самих деталей, як у короткозамкненим двигуні за рис. 1 (підшипників кочення, роликового 25 і кулькового 10, підшипникових кришок 27 і підшипникових щитів 31).
За способом охолодження та захисту від впливу зовнішнього середовища двигун за рис. 6 має продувається каплезащіщенное виконання. Всередині машини повітря переміщається аксіально-радіально. Зовнішнє повітря поступає в машину з двох сторін через отвори в підшипникових щитах 31 і направляється дифузорами 9 до вентиляційним лопатей 28, проміжків між лобовими частинами стрижнів обмотки ротора і до аксіальним каналах в муздрамтеатрі ротора; далі повітря з аксіальних каналів потрапляє в радіальні канали в муздрамтеатрі ротора і статора, повітря від вентиляційних лопатей 28 і лобових частин ротора омиває лобові частини обмотки статора. Нагрітий в машині повітря потрапляє в простір між ярмом статора і корпусом станини, звідки він викидається назовні через бічні отвори в корпусі. Необхідний для циркуляції повітря напір створюється радіальними каналами в роторі, які грають роль відцентрових вентиляторів.
3. Складання специфікації понять
Таблиця 1 - Специфікація понять
| Опорне поняття | Нове поняття | № | Назви навчальних елементів | Символ | Рівень засвоєння | Порядок |
| + | 1 | Асинхронна машина | 1 | 1 | ||
| + | 2 | Асинхронний двигун | АТ | 1 | 2 | |
| + | 3 | АД з КЗ ротором | АДКЗ | 1 | 3 | |
| + | 4 | АД з фазним ротором | АДФР | 1 | 3 | |
| + | 5 | Статор | 1 | 4 | ||
| + | 6 | Ротор | 1 | 4 | ||
| + | 7 | Муздрамтеатр | 2 | 5 | ||
| + | 8 | Обмотка статора | 1 | 5 | ||
| + | 9 | Обмотка ротора | 1 | 5 | ||
| + | 10 | Електротехнічна сталь | 2 | 5 | ||
| + | 11 | Стрижні обмотки | 1 | 5 | ||
| + | 12 | Контактні кільця | 1 | 5 | ||
| + | 13 | Щітки | 1 | 5 | ||
| + | 14 | Щіткова траверса | 1 | 5 | ||
| + | 15 | Вал | 2 | 5 | ||
| + | 16 | Вентилятор | 2 | 5 | ||
| + | 17 | Підшипникові щити | 1 | 5 | ||
| + | 18 | Підшипникові кришки | 1 | 5 | ||
| + | 19 | Ковзання | s | 1 | 2 |
4. Складання графа навчальної інформації
5. Складання структурно-логічних схем
6. Проект ескізу дошки
Плакати: «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором»:
«Асинхронний двигун з фазним ротором»:
«Муздрамтеатр асинхронних машин»:
Паз двошарової всипними обмотки статора АД
Паз двошарової хвильової стрижневою обмотки ротора АД з фазним ротором
7. Опорний конспект по темі уроку:
Пристрій і принцип роботи асинхронного двигуна:
8. Лист робочого зошита
1. Доповніть фрази.
1) Асинхронний двигун, обмотка ротора якого замикається на електричні опори, називається ____________________________
2) Муздрамтеатр асинхронної машини виготовляють з _________
3) Відставання частоти обертання ротора від обертового поля статора називають ________________________________________________________
4) Формула для розрахунку номінальної синхронної частоти вращенія________
5) Номінальний коефіцієнт потужності асинхронних двигунів розраховується за формулою _________________________________________.
2. Встановіть, яке з двох тверджень, записаних в колонках 1 і 2, істинно, а яке помилково.
| № | 1 | 2 |
| 1 | Муздрамтеатр ротора набирається з цілісних кільцевих пластин, відштампованих з листів електротехнічної сталі товщиною 15 мм. | Конструкція асинхронних машин з контактними кільцями відрізняється від короткозамкнених тільки пристроєм ротора. |
| 2 | Основні недоліки АД з короткозамкненим ротором: труднощі здійснення плавного регулювання частоти обертання в широких межах і споживання великих струмів з мережі при пуску (в 5ч7 разів перевищують номінальний струм). | Активними елементами статора, спеціально призначеними для утворення обертового магнітного поля, є магнітопровід, обмотка і станина. |
| 3 | Номінальна синхронна частота обертання: | |
| 4 | Асинхронні машини використовуються в основному як двигуни; в якості генераторів вони застосовуються вкрай рідко. | Активними елементами ротора, які беруть участь у процесі перетворення енергії, є магнітопровід, обмотка, вал, вентилятори. |
1. Який зазвичай товщини беруться листи електротехнічної сталі для набору муздрамтеатру?
2. Чим ізолюють один від одного листи електротехнічної сталі?
3. Які шкідливі явища викликають вихрові струми?
4. За допомогою чого сполучаються зі станиною підшипники кочення?
5. У чому полягає основне призначення вала ротора?
Задача 1
Які активні елементи статора, спеціально призначені для утворення обертового магнітного поля? Показати на плакатах.
Задача 2
На плакаті «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором» вказати основні конструктивні деталі ротора.
10. Самостійне домашнє завдання
Вирішити завдання:
Задача 1
Визначити частоту обертання ротора шестіполюсной асинхронної машини, при ковзанні 0,05 (s = 0,05) і частоті мережі 50 Гц (f 1 = 50).
Рішення
Задача 2
Визначити ковзання асинхронної машини, при частоті обертання ротора 28500 об / хв (n p = 28500 об / хв) і частоти мережі f 1 = 500 Гц. Відомо, що машина має на статорі 3 котушки.
Рішення
Література і методичне забезпечення
1. Електричні машини: підручник для вузів. У двох томах. Том 1 / А. В. Іванов-Смоленський. - 3-е вид., Стереотипами. - М: Видавничий дім МЕІ, 2006.
2. Кацман М.М. Електричні машини. М.: В.Ш., 2001
3. Копилов І.П. Електричні машини. М.: Вища школа, 1986
4. Електричні машини. Ч.. Машини змінного струму. Трансформатори: Навчальний посібник для технікумів / Под ред. В. Є. Китаєва .- М.: Вищ. школа, 1978.
Сайти:
1. http://www.4tivo.com/
2. http://www.twirpx.com/
Плакати
1. «Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором»
2. «Асинхронний двигун з фазним ротором»
3. «Муздрамтеатр асинхронних машин».