3 Содержание отчёта

3.1 Паспортные данные аппаратов, схемы опытов, заполненные таблицы.

3.2 Построить внешние характеристики автотрансформатора и трансформатора на одном графике.

3.3 Определить процентное изменение вторичного напряжения автотрансформатора при номинальной нагрузке:

4 Вопросы для подготовки к зачёту

4.1 Как с помощью контрольной лампы или омметра отличить автотрансформатор от трансформатора?

4.2 Как передается мощность с первичной обмотки на вторичную в автотрансформаторе?

4.3 Что такое проходная и расчетная мощности автотрансформатора?

4.4 В каком соотношении находятся КПД, потери мощности в обмотках, масса обмоток, сопротивление и напряжение короткого замыкания, процентное изменение вторичного напряжения трансформатора и автотрансформатора одинаковой мощности?

4.5 Почему автотрансформатор имеет меньшую массу магнитопровода по сравнению с трансформатором такой же мощности?

4.6 Какова область применения автотрансформаторов?

4.7 Каково соотношение между токами автотрансформатора?

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Цель работы: изучить устройство и назначение отдельных элементов конструкции асинхронных двигателей и их принцип работы.

1 Программа работы

1.1 Изучить устройство частей асинхронных двигателей: статора, ротора, подшипниковых щитов.

1.2 Изучить типы роторов асинхронных двигателей с короткозамкнутой и фазной обмотками. Уяснить их достоинства и недостатки.

1.3 Разобраться в принципе образования вращающегося магнитного поля и образования вращающего момента. Уяснить синхронную, асинхронную частоты вращения, скольжение асинхронного двигателя.

1.4 Определить тип обмотки статора, указанного преподавателем, определить шаг обмотки, число пазов на полюс и фазу; вычертить развернутую схему обмотки.

2 Методика выполнения работы

2.1 Объектом изучения являются натуральные образцы асинхронных машин, макеты и плакаты. В основном асинхронные машины используются в качестве электродвигателей, преобразующих электрическую энергию переменного тока в механическую энергию вращения. В редких случаях, например, на испытательных установках, асинхронная машина работает генератором.

Ротор асинхронных машин вращается несинхронно, т.е. асинхронно по отношению к вращающемуся магнитному потоку, чем и обусловлено название асинхронных машин.

Асинхронный двигатель состоит из статора, ротора и двух подшипниковых узлов – это основные элементы конструкции. Статор и ротор разделены воздушным зазором 0,4...2 мм. Активными частями машины являются магнитопровод и обмотки. Все остальные части – конструктивные, обеспечивающие необходимую жесткость, прочность, возможность вращения, охлаждения и т.д. [1].

Статор асинхронной машины состоит из станины, магнитопровода и обмотки. Станина выполняется из немагнитного материала (алюминия) или ферромагнитного с малой магнитной проницаемостью (чугуна), т.к. по ней не проходит магнитный поток. Магнитопровод, по которому замыкается вращающийся магнитный поток, для уменьшения потерь мощности от вихревых токов выполняют шихтованным из кольцевых листов (толщиной 0,35...0,5 мм) электротехнической стали, изолированных лаком или оксидной пленкой.

На внутренней поверхности кольцевого магнитопровода статора выполнены пазы, в которые укладывается, как правило, трехфазная обмотка из медного провода.

Подшипниковые щиты крепятся с торцов статора, в них закреплены подшипники, в которых вращается вал ротора.

Роторы различают короткозамкнутые и фазные в зависимости от вида применяемой обмотки. Цилиндрический ротор асинхронного двигателя состоит из магнитопровода, набранного из листов электротехнической стали, на внешней поверхности имеет пазы для размещения обмотки. Конфигурация пазов и зубцов ротора зависит от типа машины и ее мощности [2].

Обмотка ротора может быть выполнена аналогично обмотке статора - трехфазной, такая машина называется асинхронной с фазным ротором. Концы фаз обмотки соединяют обычно «звездой», а начала фаз присоединяют соответственно к трем контактным кольцам. Контактные кольца изготовляют из меди, бронзы, реже из стали. Кольца изолированы друг от друга и от вала. С помощью контактных колец и щеток вращающаяся обмотка ротора соединяется с пусковым или регулировочным реостатом. Асинхронные двигатели с фазным ротором имеют такие достоинства, как малый пусковой ток, большой пусковой момент и возможность регулирования частоты вращения в широких пределах.

Наиболее широкое применение, в том числе и в сельскохозяйственном производстве, нашли асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Они наиболее просты и надежны. У них в роторах в каждом пазу находится медный или, чаще, алюминиевый стержень. Концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены между собой накоротко соответственно медными или алюминиевыми кольцами. Таким образом, обмотка образует «беличью» клетку. Кроме того, короткозамкнутые роторы выполняют с двойной клеткой и с глубоким пазом [1]. Двигатели с такими роторами имеют улучшенные пусковые свойства (меньше пусковой ток, больше пусковой момент), но худшие энергетические показатели.

Обратите внимание, что у некоторых роторов пазы не параллельны образующей, имеет место скос пазов. Это делается с целью улучшения формы кривой МДС двигателей (ЭДС генераторов) за счет уменьшения амплитуды высших гармонических МДС, обусловленных зубчатым строением магнитопроводов.

В настоящее время отечественная электротехническая промышленность выпускает (интернациональную) серию асинхронных двигателей АИ, 5А. Структура обозначений двигателей этой серии дается на примере АИР71В4бПУ3,

где АИ – серия; Р – привязка мощностей к установленным размерам; 71 – высота оси вращения, мм; В(А) – условная длина магнитопровода статора в машинах с высотой оси вращения до 80 мм включительно, или L, M, S – условная длина станины в машинах с высотой оси вращения более 80 мм; 4 – число полюсов, на которые выполнена обмотка статора; Б – наличие встроенной температурной защиты; П – повышенная точность по установочным размерам; У3 – климатическое исполнение; 2П – с регулируемой частотой вращения, если это обозначение имеется перед обозначением высоты оси вращения; Х – наличие этой буквы указывает, что станина алюминиевая, а подшипниковые щиты чугунные.

В двигателях мощностью до 7...10 кВт применяют однослойные трехфазные обмотки статора, а в машинах большей мощности – двухслойные. Фазы обмотки смещены в пространстве по расточке статора на 120 электрических градусов. Три начала фаз C1, C2, C3 и три конца C4, C5, C6 выходят в коробку выводов или на клеммный щиток. Шесть выводов обмотки позволяют соединить ее по схеме «звезда» или «треугольник». Если линейное напряжение питающей сети равно фазному напряжению двигателя, то обмотку соединяют по схеме «треугольник».

При подаче трёхфазного тока в обмотку статора по фазам протекают одинаковой амплитуды токи, сдвинутые во времени на одну треть периода. Это вместе со сдвигом фаз в пространстве на 120 эл.градусов обеспечивает получение кругового вращающегося магнитного поля в двигателе.

Частота вращения магнитного поля (об/мин) определяется по выражению

,

где f – частота питающего тока, Гц; р – число пар полюсов.

Скорость вращения магнитного поля, измеряемая в , определяется по выражению

.

Вращающийся магнитный поток пересекает обмотку ротора и индуктирует в ней ЭДС, направление которой в стержнях определяется по правилу правой руки. В замкнутой обмотке ротора под действием этой ЭДС протекают токи, активная составляющая которых совпадает по фазе с ЭДС. На проводники с током ротора в магнитном поле (созданном обмоткой статора) действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Усилия, приложенные ко всем проводникам (стержням) обмотки ротора, образуют электромагнитный вращающий момент, увлекающий ротор в направлении вращения магнитного поля.

Частота вращения ротора n в двигателе меньше частоты вращения магнитного поля. Их относительную разность называют скольжением s:

.

Иногда скольжение определяют в процентах, оно составляет 2...7%.

Обмотка статора является одним из основных элементов конструкции электродвигателя. В создании полюсов (магнитного поля) участвуют все фазы обмотки. Доля участия каждой фазы в создании одного полюса оценивается количеством пазов на полюс и фазу q:

,

где z – число пазов (зубцов) магнитопровода статора; m – число фаз обмотки; p– число пар полюсов.

Конструктивно q представляет собой число катушек в катушечной группе, соединенных последовательно. Ширина катушки или расстояние между сторонами одной катушки называется шагом y обмотки. Шаг измеряется числом пазов и всегда выражается целым числом.

В создании одного полюса все фазы занимают mq пазов, эта величина называется полюсным делением  :

.

Шаг обмотки y выбирается из условия получения наибольшей МДС и примерно равен t. При обмотка называется с полным или диаметральным шагом. При концентрическом выполнении катушек в группе средний шаг равен . При шаг называется укороченным. Укорочение шага улучшает форму кривой МДС двигателя. При q = 1 обмотка называется сосредоточенной, а при распределенной. В основном применяют распределенные обмотки, что также способствует улучшению формы кривой МДС двигателя и ЭДС генератора.

В пределах одного полюсного деления каждая катушечная группа занимает определенную фазную зону. Фазной зоной называется участок на внутренней поверхности статора, на котором располагается дна сторона катушечной группы. Одному полюсу соответствуют 180 электрических градусов (эл.град.), поэтому каждая фазная зона занимает 60 эл.град.

Фазные зоны по расточке статора чередуются следующим образом: (I, II, III), (I, III, II) и т.д., где I, II, III – номер фазы, которой принадлежит фазная зона. Таким образом, каждая фазная зона занимает q пазов и 60 эл.град. Начала фаз соответственно смещены на 120 эл.град., или на 2q.

Однослойные обмотки в зависимости от расположения лобовых частей (с торцов статора) разделяются на двухплоскостные, трехплоскостные и шаблонные (цепные). Однослойные обмотки имеют более высокий коэффициент заполнения пазов проводниковым материалом (медью), чем двухслойные.

Однако в машинах с однослойными обмотками форма ЭДС и МДС более искажена высшими гармоническими составляющими.

У предложенного преподавателем статора определить тип обмотки, шаг обмотки, число полюсов (через полюсное деление), число пазов на полюс и фазу. Изобразить развернутую схему обмотки статора.