Принцип защитного действия

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Название дисциплины: «Основы электротехники»

Номер группы: СЗС 18-1

Форма и дата занятия: практическое занятие 27.04.2020 г. (2 часа)

ФИО преподавателя: Халитов Динар Сильфертович khalitov-dinar86@mail.ru

Срок выполнения (сдачи) задания: 27.04.2020г.

Форма задания: тестовый материал

Тема: Электрические машины переменного тока

1. Необходимо изучить и выполнить опорный конспект.

2. Результаты проделанной работы отправить на указанный электронный адрес.

Классификация машин переменного тока

Электрическая машина (ЭМ) предназначена для преобразования механической энергии в электрическую и электрическую в механическую, а также одной формы энергии в другую, отличающуюся по напряжению, току или частоте.

ЭМ, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется генератором.

ЭМ, преобразующая электрическую энергию в механическую, называется двигателем.

Использование машин в качестве генераторов и двигателей является их основным назначением. В то же время ЭМ могут использоваться для преобразования рода электрического тока, например, постоянного в переменный, или же преобразования величины напряжения. Кроме того, ЭМ широко используются в качестве датчиков угла, перемещения и скорости, для выполнения математических операций и усиления мощности электрических сигналов, а также для повышения коэффициента мощности электрических установок.

Помимо деления по назначению ЭМ классифицируются по принципу действия и конструкции (рис.1).

Классификация является приближенной и не отражает всего многообразия типов ЭМ.

При работе ЭМ в режиме генератора механическая энергия преобразуется в электрическую. Это происходит в соответствии с законом электромагнитной индукции.

Получение вращающегося магнитного поля

Устройство и принцип работы асинхронного двигателя

Асинхронная машина – машина, в которой ее подвижная часть (ротор) вращается асинхронно, т.е. с частотой вращения, отличной от частоты вращения магнитного поля.

Применяется в основном в качестве двигателя.

Достоинства:

- простота конструкции,

- низкая стоимость.

Недостатки:

- сложные и неэкономическое регулирование режимов работы,

- низкий коэффициент мощности.

Асинронная машина бывает двух типов:

- с короткозамкнутым ротором (достоинства: дешевизна),

- с фазным ротором (достоинства: лучшие пусковые свойства).

Двигатель состоит из неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора.

Частями статора являются магнитопровод и корпус. Магнитопровод собран из изолированных листов электротехнической стали. С внутренней стороны полый цилиндр сердечника статора снабжен пазами, в которые закладывается трехфазная статорная обмотка. Число катушек, образующих обмотку должно быть кратно трем.

Ротор представляет собой укрепленный на валу цилиндр, собранный также из листов электротехнической стали.

В большинстве случаев ротор имеет короткозамкнутую обмотку, выполненную из алюминиевых стержней, залитых без изоляции в пазы ротора. Торцевые концы стержней замыкаются накоротко кольцами, отлитыми из того же материала.

Принцип работы асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля. Трехфазная обмотка статора создает в пространстве ротора вращающееся магнитное поле. Магнитное поле пронизывает магнитную систему ротора и наводит в обмотке ротора ЭДС индукции, которая в свою очередь создает вихревые токи в роторе. Эти токи взаимодействуют в магнитном поле статора, возникает электромагнитная сила и происходит вращение ротора.

Для вращения ротора необходимо, чтобы в его обмотке наводились вихревые токи, это возможно, если частота вращения ротора n₂меньше частоты вращения магнитного поля статора n₁. При n₂ = n₁ обмотка ротора не пронизывается переменным магнитным потоком, вихревые токи не образуются. Электромагнитный момент равен нулю. У двигателя с фазным ротором обмотка соединяются с трехфазным сопротивлением, которые используются для пуска. Сопротивление закорачивается.

Основные характеристики асинхронного двигателя:

· частота вращения магнитного поля статора n₁

n₁=(60*f₁) / р,

где f₁– частота тока в обмотках статора,

р – число пар полюсов асинхронного двигателя,

· скольжение S асинхронного двигателя – разность частот вращения n₁- n₂(отставание ротора от поля)

S= (n₁- n₂) / n₁

· частота ротора n₂

n₂= n₁*( 1- S) = (1- S )*(60*f₁) / р

· ЭДС Ɛ

При подключенной обмотке статора к трехфазной цепи в фазе обмотки появляется ЭДС индукции. Действующее значение ЭДС индукции

Ɛ₁ =4,44*f₁* N₁* Ф

Магнитный поток пронизывает и ротор двигателя, который вращается с частотой n₂

· ЭДС неподвижного ротора

Ɛ_2н =4,44*f₁* N₂* Ф

· частота тока ротора

f₂= (р*(n₁- n₂))/60 = f₁* S

· ЭДС подвижного ротора

Ɛ₂ =4,44*f₁*S* N₂* Ф = S*Ɛ_2н

где Ɛ₁ – действующее значение ЭДС

f₁– частота тока сети,

N₁– число витков обмотки фазы,

Ф – максимальное значение магнитного потока.

Рабочие характеристики:

- коэффициент мощности cos φ (соотношение между активной и реактивной мощностями),

- максимальный КПД:

ɳ = Р₂/Р₁ = (Р₁ - ∆Р)/ Р₁ Р₁ = Р₂+ ∆Р

где ∆Р – суммарные потери в двигателе (потери в сердечнике статора, вихревые токи, мощности механических потерь).

Максимальное КПД асинхронного двигателя 65-95 %. КПД современного трехфазного асинхронного двигателя 80-95 %.

Пуск асинхронного двигателя. При пуске асинхронного двигателя ротор разгоняется от частоты вращения, равной нулю, до n₂, при этом скольжение изменяется от 1 до S. Во время пуска необходимо выполнить следующие условия:

- электромагнитный момент двигателя М₂при пуске должен быть больше момента сопротивления нагрузки, т.е. М₂ > М_с;

- пусковой момент в статоре по возможности должен быть ограничен.

Именно эти два условия и определяют различные способы пуска двигателя.

Так как во время пуска S = 1 а по окончании пуска S = 0,02…0,06, то токв начале пуска значительно больше чем ток в конце пуска. В серийных двигателях пусковой ток превышает номинальный в 5…7 раз. Это значит, что во время пуска электрическая сеть, к которой подключен двигатель должна иметь дополнительную мощность. Напряжение на других потребителях, подключенных к той же сети, резко уменьшится, что негативно отразится на их работе и может привести к аварии. Чтобы предотвратить вредное воздействие пуска на сеть, необходимо ограничивать пусковой ток. Это можно сделать следующими искусственными приемами:

- уменьшить U обмотки статора во время пуска,

- увеличить активное R или реактивное X сопротивления статора, включая последовательно с обмоткой статора на период пуска дополнительные элементы;

- увеличить сопротивление ротора (для двигателя с фазным ротором).

В соответствии с выше перечисленными приемами уменьшения пускового тока различают множество способов пуска асинхронны двигателей.

Устройство и принцип работы синхронного двигателя

Синхронной машиной называют машину переменного тока, частота вращения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля статора.

Ротор представляет собой электромагнит, возбуждаемый постоянным током. В синхронных машинах малой мощности вместо обмотки на роторе могут использовать постоянные магниты.

В режиме генератора ротор синхронной машины приводят во вращение первичным двигателем с номинальной скоростью которая поддерживается постоянным автоматическим регулятором. После этого генератор возбуждается подачей постоянного тока в обмотку ротора. Вращающийся с постоянной скоростью поток полюсов, пересекая трехфазную обмотку статора, наводит в ней ЭДС, одинаковые по амплитуде и частоте, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120 градусов.

По устройству ротора различают 2 типа синхронной машины:

- с явнополюсным ротором, в которой катушки размещены на выступающих полюсах,

- с неявнополюсным ротором, в котором распределенная обмотка постоянного тока уложена в пазы ротора.

Синхронная машина применяется в устройствах, где требуется постоянная частота вращения.

Частота вращения ротора синхронных двигателей не зависит от нагрузки, а остается постоянной.

Синхронные машины применяются на металлургических заводах, в компресорнх и насосных агрегатах, вентиляторах.

Характеристики синхронных генераторов:

- характеристика холостого хода,

- зависимость тока от тока ротора,

- внешняя характеристика генератора (изменения напряжения на выходе генератора в зависимости от тока статора (якоря).

Характеристика синхронных двигателей:

- механическая (частота вращения двигателя постоянна),

- КПД синхронного двигателя тем выше, чем больше мощность двигателя

Синхронный двигатель. Устройство и пуск. Синхронный двигатель потребляет электрическую энергию из сети и превращает ее в механическую энергию на валу двигателя. Принципиально конструкция синхронного двигателя мало отличается от генератора. Статорная обмотка (якорь) двигателя подключается к сети, а обмотка ротора с помощью колец и щеток присоединяется к источнику постоянного тока (обычно регулируемому выпрямителю). Статорная обмотка создает вращаяющееся магнитное поле, как в асинхронном двигателе, а ротор за счет протекания постоянного тока по его обмотке ведет себя как электромагнит. Магнитные поля статора и ротора взаимодействуют, но пусковой момент в синхронном двигателе отсутствует. Электромагнитная сила, образующаяся при взаимодействии магнитных полей статора и ротора, 50 раз в секунду меняет свой знак и поэтому ротор не может вращаться.

Чтобы устранить этот недостаток синхронных двигателей, на ротор накладывается дополнительная пусковая обмотка (как у асинхронного двигателя). Эта обмотка облегченная, поэтому пуск синхронного двигателя проводится при отсутствии механической нагрузки. Обычно пуск выполняют в следующем порядке:

- отключают обмотку возбуждения ротора от цепи постоянного тока;

- замыкают обмотку ротора на резистор, сопротивление которого в 10-15 раз превышает сопротивление самой обмотки. Это позволяет уменьшить риск пробоя обмотки возбуждения при пуске и увеличить пусковой момент;

- проводят пуск двигателя при отключенной механической нагрузке (подключают статор к сети);

при достижении двигателем в асинхронном режиме частоты вращения обмотку возбуждения подключают к цепи постоянного тока;

- нагружают двигатель механической нагрузкой.

Синхронные двигатели применяют в устройствах с постоянной частотой вращения (компрессоры, мощные насосы, прокатные станы).

Защитное заземление, (зануление), является основной мерой защиты металлоконструкции. Основная цель этого мероприятия - защитить от возможного удара током пользователя прибора при замыкании на корпус в том случае, например поражения электрическим током в случае замыкания фазного провода, когда нарушена изоляция. Иными словами, заземление является дублером защитных функций предохранителей.

Заземлять все электроприборы, имеющиеся в доме, нет необходимости: у большинства из них имеется надежный пластмассовый корпус, который сам по себе защищает от поражения электрическим током. Защитное зануление отличается от заземления тем, что корпуса машин и аппаратов соединяются не с "землей", а с заземленным нулевым проводом, идущим от трансформаторной подстанции по четырехпроводной линии электропередач. Для обеспечения полной безопасности человека сопротивление заземлителей (вместе с контуром) не должно превышать 4 ом. С этой целью два раза в год (зимой и летом) производится их контрольная проверка специальной лабораторией.

Заземление- преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования, с заземляющим устройством.

Заземляющее устройствосостоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Качество заземления определяется значением сопротивления заземляющего устройства, которое можно снизить, увеличивая площадь заземлителей или проводимость среды - используя множество стержней, повышая содержание солей в земле и т. д. Электрическое сопротивление заземляющего устройства определяется требованиями ПУЭ (правила устройства электроустановок).

Принцип защитного действия

Защитное действие заземления основано на двух принципах:

· Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.

· Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения - УЗО).

Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень короткого времени (десятые ч сотые доли секунды - время срабатывания УЗО).

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трехфазного тока; с глухозаземленным выводом источника однофазного тока; с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.

12 Следующая ⇒