Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1327 вузов, 5493 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Башкирский Государственный Аграрный Университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Основы электротехники. Учебное пособие для СПО

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
07.09.2026
Размер:
1 Мб
Скачать
☆
По виду физического явления, которое используется для из мерения, измерительные приборы разделяют по системам. Среди них самыми распространенными являются магнитоэлектрические, электромагнитные, индукционные, электродинамические и фер родинамические системы.
Магнитоэлектрические измерительные механизмы применя ют для измерений постоянного тока. В этих механизмах вращаю щий момент создается при взаимодействии измеряемого тока, ко торый проходит по катушке механизма, с полем постоянного магнита. Применяются два основных типа приборов магнитоэ лектрической системы: приборы с подвижной катушкой (по движной рамкой) и приборы с подвижным магнитом. Приборы, содержащие подвижную катушку, применяются чаще, чем прибо ры, содержащие подвижный магнит.
В приборах с подвижной катушкой ее устанавливают на опо рах таким образом, что она была способна поворачиваться в воз душном зазоре магнитной цепи постоянного магнита 1. Ток к ка тушке подводится посредством пружины или растяжки, с их же помощью получается противодействующий момент.
Существует измерительный механизм с современными магни тами — механизмы с внешним (внерамочным) магнитом.
На рисунке 50 показаны механизмы с внутрирамочным маг нитом. В этом случае магнитная цепь образуются магнитопро водом 2, полюсными наконечниками 3 и цилиндрическим сер дечником 4. В таких механизмах в качестве сердечника применяется сам магнит 1, а его охватывает цилиндрический маг нитопровод 3, изготовленный из магнитномягкого материала.
Рис. 50. Магнитоэлектрический механизм
с внутрирамочным магнитом
91
0
1
2
3
1
2
3
N
S
На каждый проводник в таких механизмах действует электро
магнитная сила:
f = BIl,
при этом
I — активная длина проводника, которая приблизитель
но равна высоте катушки
h. Так как катушка имеет ω витков и диа
метр
d, то для определения вращающего момента, который дей
ствует на подвижную часть механизма,
Если учесть, что
S = h d, получим:
M
вр
= ωSBI.
Отсюда видно, что вращающий момент прямо пропорциона
лен току.
Так как противодействующий момент, который создается спи ральными пружинами, прямо пропорционален углу закручива ния:
M
пр
= k
пр
α,
можно сделать вывод, что сила тока пропорциональна углу пово рота механизма:
где Спр— постоянная прибора (цена деления).
Приборы магнитоэлектрической системы с подвижным маг нитом (рис. 51) обладают вращающим моментом, который соз дается действием на подвижный магнит магнитного поля измеряе мого тока, проходящего через катушку 1. Пружину заменяют направляющей силой неподвижного постоянного магнита 2. Этот прибор прост по устройству и устойчив к перегрузкам, но обла дает низкой точностью изза влияний гистерезиса.
Термоэлектрическая система характеризуется тем, что вклю чает в себя магнитоэлектрический измерительный механизм и термопреобразователи. Термопреобразователи состоят из тер
пр
пр
вр
,
k
IС
k
α
α
==
2d
d.
2
вр
f
МhBI
ω
ω
==
92
мопар и подогревателей, через которые проходит определяемый переменный ток. Электродвижущая сила пропорциональна раз ности температур между горячими и холодными концами термо пары, которая пропорциональна квадрату действующего значе ния переменного тока Р, т. е.
М
вр
пропорционален I2.
Рис. 51. Прибор с подвижным магнитом
Различают контактные и бесконтактные термопреобразователи.
Так как КПД термопреобразователей низок, термоэлектриче ские приборы малочувствительны и работают при высокой темпе ратуре нагревателя, а при перегрузке свыше 50% они разрушают ся. Подобные приборы применяются при измерении переменных токов высокой частоты.
Электромагнитная система обладает вращающим моментом, который создается воздействием магнитного поля измеряемого тока, проходящего по неподвижной катушке прибора, на ферро магнитный сердечник, который способен вращаться. Сейчас применяются два типа подобных механизмов этой системы: с кру глой или плоской катушкой.
Механизм с круглой катушкой (рис. 52) состоит из круглой ка тушки 4, внутри которой находятся два сердечника: подвижный 1, укрепленный на оси, и неподвижный 2. При прохождении то ка по катушке 4 оба сердечника намагничиваются и отталкивают ся, в результате чего создается вращающий момент, который по ворачивает сердечник 1.
Механизм с плоской катушкой (рис. 53) содержит подвижный сердечник 1, который втягивается в катушку 2, с измеряемым то ком. Усиление магнитного поля и регулирование вращающего момента осуществляется с помощью второго неподвижного сер дечника 3. Для создания противодействующего момента приме няется спиральная пружина.
93
N
S
S
N
Рис. 52. Электромагнитный механизм с круглой катушкой
Рис. 53. Электромагнитный механизм с плоской катушкой
С целью защиты от внешних магнитных полей прибор закры вают ферромагнитным экраном. Класс точности подобных при боров не превышает 1,5, что является следствием влияния гисте резиса. К ценным свойствам этих приборов относят защиту от перегрузок, дешевизну и простоту устройства.
Измерительные приборы электродинамической природы обладают вращающим моментом, который образуется при взаи модействии проводников, по которым протекают токи.
Подобные измерительные механизмы состоят из неподвиж ной 1 и подвижной 2 катушек (рис. 54).
Противодействующий момент создается спиральными пру жинами 3, которые вместе с тем используются для подвода тока в подвижную катушку, занимающую под действием электроди намических сил положение, при котором ее магнитное поля сов падает по направлению с направлением поля неподвижной ка тушки.
94
0
3
2
1
3
2
0
1
2
3
5
1
2
3
4
4
Рис. 54. Электродинамический механизм
Вращающий момент такого механизма определяется форму
лой:
Электродинамические приборы применяются для измерения как постоянного, так и переменного токов, при этом шкала у при боров для обоих родов тока одна и та же.
Изза присутствия подвода тока в подвижную часть и плохого охлаждения электродинамические механизмы не выдерживают значительной перегрузки, к тому же они дороги. При этом класс их точности 0,2 или даже 0,1.
Они применяются при лабораторных и контрольных измере ниях переменного тока.
Ферродинамическими называются приборы, в которых при меняется ферромагнитный магнитопровод (рис. 55). Но приме нение стали уменьшает точность прибора за счет влияния гисте резиса и вихревых токов. Поэтому ферродинамические приборы не применяют для точных измерений.
Рис. 55. Ферродинамический механизм
вр под неп
.
M
МII
α
∂
=
∂
95
0
5
4
3
2
1
1
2
3
Сердечник
0
5
4
3
2
1
Индукционная измерительная система основывается на исполь
зовании явления вращающегося магнитного поля. Такие виды ме ханизмов (рис. 56) обладают вращающим моментом, который соз дается действием общего магнитного поля электромагнитов (2, 3) на подвижную часть — алюминиевый диск 1, по которому протекают индуцированные вихревые токи. Электромагниты возбуждаются искомыми токами, поэтому вращающий момент создается взаи модействием индуктированных токов с вращающимся магнит ным полем. В стрелочных приборах противодействующий мо мент создает спиральная пружина 4.
Рис. 56. Индукционный механизм
В приборах электростатической системы вращающий момент создают силы взаимодействия заряженных проводников. Напря жение образует электрическое поле между неподвижной 2 и по движной 1 пластинами прибора (рис. 56). Для создания противо действующего момента служит пружина.
Рис. 57. Электростатический механизм
96
1
2
2
1
0
5
4
3
2
1
0
2
1
2
Преимуществом таких приборов являются малые затраты
энергии.
Электростатические вольтметры применяют в основном в ла бораториях при измерениях малой мощности и для непосредст венного измерения высоких напряжений.
В основу тепловой системы положено использование для от клонения подвижной части удлинения металлической нити, на греваемой измеряемым током. Достоинство этой системы в том, что показания приборов не зависят от частоты и формы кривой переменного тока. Их применяют при измерении токов высокой частоты.
ЛЕКЦИЯ № 10. Асинхронные бесколлекторные машины
1. Общие сведения
Электрические двигатели — машины, преобразующие электриче
скую энергию в механическую. Электрические генераторы — ма шины, преобразующие механическую энергию в электрическую.
Среди большого числа электрических машин самой распрост раненной является асинхронная бесколлекторная машина, которую применяют как двигатель. Асинхронная машина характеризуется тем, что при ее работе возбуждается вращающееся магнитное по ле, которое вращается асинхронно относительно скорости вра щения ротора.
В состав асинхронной машины входят три неподвижные ка тушки, которые размещены на общем сердечнике, и помещенная между ними четвертая вращающаяся катушка. В подобных маши нах отсутствуют легко повреждающиеся или изнашивающиеся электрические части (коллектор).
Рис. 58. Магнитная система асинхронной машины
Трехфазные асинхронные машины должны иметь на статоре три фазные обмотки, которые составляют обмотку статора. Токи трехфазной системы проходят по этим обмоткам и возбуждают в машине вращающееся магнитное поле. Усиление этого поля и придание ему нужной конфигурации осуществляется с помощью
98
Статор
Ротор
магнитной системы машины, в состав которой входят два цилин дра (рис. 58), полый цилиндр и сердечник ротора (рис. 59). Сер дечники собраны из пластин электротехнической стали и изоли рованы друг от друга слоем лака, что обеспечивает уменьшение потерь от вихревых токов. Фазные обмотки, которые возбуждают вращающееся магнитное поле, размещаются в пазах на внутрен ней стороне сердечника статора. Обмотка ротора располагается в пазах на внешней поверхности цилиндра ротора. Она не соеди нена с сетью и с обмоткой статора, так как токи в ней индуктируют ся вращающимся магнитным полем.
Рис. 59. Сердечник ротора
Машина также состоит из неэлектрических частей: вала, на который насажен сердечник ротора, массивного корпуса, в кото ром укрепляется сердечник статора, подшипниковых щитов, на подшипники которых опирается вал машины.
Асинхронная машина может работать как двигатель или как генератор, т. е. она обратима, но чаще всего она используется как асинхронный двигатель.
В асинхронных двигателях фазные обмотки статора получают энергию из трехфазной сети, токи которой в обмотках статора возбуждают в машине вращающееся магнитное поле, индукти рующее ток в замкнутой обмотке ротора. Ротор вращается по на правлению вращения поля вследствие взаимодействия токов ро тора с вращающимся магнитным полем. Вращение ротора должно осуществляться асинхронно и медленнее поля. В этом случае токи, которые индуктируются в роторе, создают вращаю щий момент, который уравновешивает тормозящий момент от сил трения и нагрузки на валу.
Электродвижущая сила, которая индуктируется в обмотке ро тора, пропорциональна частоте вращения поля по отношению к ротору. Такая относительная скорость определяется как раз
99
ность частот вращения поля n1и ротора n, т. е. равна n1– n оборо тов в минуту. Скольжение является отношением относительной скорости к частоте вращения поля:
Э. д. с., которая индуктируется в роторе, пропорциональна скольжению. Если нагрузка возрастает, тормозящий момент на валу двигателя становится больше вращающего, в результате ро тор уменьшает скорость. Однако при увеличении скольжения возрастает величина индуктируемых в роторе э. д. с. и токов, по этому увеличивается вращающий момент. При возрастании скольжения восстанавливается динамическое равновесие вра щающих и тормозящих моментов. При этом увеличение токов ротора приводит к увеличению токов статора и возрастанию мощности, которую потребляет двигатель из сети.
2. Устройство ротора
Чаще всего в двигателях применяется короткозамкнутый ротор. Он отличается дешевизной и простотой обслуживания. Обмотку короткозамкнутого ротора изготавливают в виде цилин дрической клетки из медных или алюминиевых стержней, вста вляемых без изоляции в пазы сердечника ротора (рис. 60).
Концы стержней замыкают накорот ко кольцами, которые изготавливают из того же материала.
Фазный ротор (рис. 60) изготавлива ется из изолированного провода. Его об мотка чаще всего трехфазная и состоит из такого же числа катушек, что и обмотка статора двигателя. Три фазные обмотки ротора соединяются на роторе по схеме «звезда», и их
свободные концы соединяются тремя контактными кольцами, которые укре плены на валу машины. При этом их изолируют от вала. На кольца накла дывают щетки, которые устанавлива ются в неподвижных щеткодержателях.
1
1
.
nn
s
n
−
=
100
Рис. 60. Обмотка
короткозамкнутого
ротора
Рис. 61. Фазный ротор
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности