Тестовые вопросы по теме «Асинхронный электродвигатель»

Тестовые вопросы по теме «Асинхронный электродвигатель»

1. Что называется электрической машиной?

Ответ: электрическая машина — электромеханический преобразователь физической энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.

2. Дайте определение электродвигателя.

Ответ: электрический двигатель – специальная машина (ее еще называют электромеханическим преобразователем), с помощью которой электроэнергия преобразовывается в механическое движение.

3. Дайте определение генератора.

Ответ: Генератор — устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию.

4. Какие законы лежит в основе работы электрических машин?

Ответ: Принцип действия электрических машин основан на законах электрических и магнитных явлений: законе электромагнитной индукции и законе Ампера.

Сущность закона электромагнитной индукции применительно к электрической машине состоит в том, что при движении проводника в магнитном поле со скоростью v в направлении, перпендикулярном вектору магнитной индукции В, в нем индуцируется ЭДС

E=B*l*v

где l — активная длина проводника, т.е. часть его общей длины, находящаяся в магнитном поле.

Если же проводник замкнуть, то в этом проводнике появится электрический ток I. В результате взаимодействия этого тока с внешним магнитным полем на проводник начнет действовать электромагнитная сила, которая определяется по закону Ампера

Fэм=B*l*I

5. При каком условии обмотки статора соединяются «треугольником»

Ответ: Обмотки статора соединяются по схеме «треугольник», если асинхронный двигатель рассчитан на максимальное напряжение равное 220 В.

6. Какие двигатели получили наибольшее распространение?

Ответ: Наибольшее распространение получили бесколлекторные двигатели. Они применяются там, где требуется приблизительно постоянная скорость вращения и не требуется ее регулировка. Бесколлекторные двигатели просты по устройству, безотказны в работе и имеют высокий КПД.

7. Может ли ротор АД вращаться синхронно с вращающимся магнитным полем статора?

Ответ: Нет, потому что частота вращения ротора всегда немного меньше частоты вращения магнитного поля, т.к. при равенстве скоростей поле перестанет наводить в роторе ток, и на ротор перестанет действовать сила Ампера.

8. У какого двигателя обмотка ротора соединяется «звездой» при изготовлении?

Ответ: Асинхронный электродвигатель трехфазного тока при напряжении 380 В

9. При каком условии обмотки статора соединяются «звездой»?

Ответ: Обмотки статора соединяются звездой, если в паспорте двигателя указаны напряжения 220/380 В.

10. Методы выработка электроэнергии.

Ответ: Результирующий вращающийся МП статора пересекает его обмотки и обмотки ротора, наводя в них ЭДС, в рез-те в них протекают токи I1 I2, создающие две магнитдвижущие силы с результирующим МП, под действием которого ротор вращается со скоростью n2<n1 в ту же сторону, что и МП статора.

11. Кто впервые сконструировал трёхфазный асинхронный электродвигатель?

Ответ: Михаил Осипович Доливо-Добровольский в 1889 году.

12. Основные элементы асинхронного электродвигателя.

Ответ: Основные элементы двигателя — статор и ротор, отделенные друг от друга воздушным зазором. Статор – полый цилиндра, набранный из тонких листком электротехнической стали. Ротор – вращающаяся часть, набранная из стальных штампованных дисков.

13. Из какого материала выполняют статор асинхронного электродвигателя?

Ответ: чугун или алюминий

14. Условие, необходимое для работы асинхронного электродвигателя.

Ответ: частота магнитного потока статора (n2) должна быть меньше либо равна частоте магнитного потока ротора (n1); n2<_n1

15. Асинхронный электродвигатель-это двигатель работающий на…

Асинхронный двигатель – это двигатель, работающий на переменном токе и служащий для перевода электрической энергии в механическую при помощи вращающегося магнитного поля.

16. Скольжение ротора – это…

Скольжение ротора – это разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, который создают обмотки статора. 𝑆=𝑛1−𝑛𝑛

где n – скорость вращения ротора асинхронного двигателя,

𝑛1 – скорость циклического изменения магнитного потока 𝑛1=60∙𝑓𝑝

где f – частота сети переменного тока,

p – число пар полюсов обмотки статора

17. Чему равно скольжение ротора в момент пуска.

Скольжение асинхронного двигателя — относительная разность скоростей вращения ротора и изменения переменного магнитного потока, создаваемого обмотками статора двигателя переменного тока. Скольжение может измеряться в относительных единицах и в процентах.

S=(n1-n)/n1

n – скорость вращения ротора

n1 - скорость циклического изменения магнитного потока статора, называется синхронной скоростью двигателя.

Т.к во время пуска вращение ротора n=0, то s=(n1-0)/n1=n1/n1=1

18. От чего зависит вращающий момент асинхронного электродвигателя.

Вращающий момент асинхронного двигателя создается при взаимодействии вращающегося магнитного поля статора с токами в проводниках обмотки ротора. Поэтому вращающий момент зависит как от магнитного потока статора Фт, так и от силы тока в обмотке ротора I2. Однако в создании вращающего момента участвует только активная мощность, потребляемая машиной из сети. Вследствие этого вращающий момент зависит не от силы тока в обмотке ротора I2, а только от его активной составляющей, т. е. I2 cos ψ2, где ψ2 — фазный угол между э. д. с. и током в обмотке ротора.

Таким образом, вращающий момент асинхронного двигателя определяется следующим выражением:

где С — конструктивная постоянная машины, зависящая от числа ее полюсов и фаз, числа витков обмотки статора, конструктивного выполнения обмотки и принятой системы единиц. При условии постоянства приложенного напряжения магнитный поток остается также почти постоянным при любом изменении нагрузки двигателя.

Таким образом, в выражении вращающего момента величины С и Фт постоянны и вращающий момент пропорционален только активной составляющей тока в обмотке ротора, т. е.

19. Из какого вещества выполняются стержни короткозамкнутого ротора?

Ответ: из стали.

20. Как укладываются обмотки асинхронного двигателя?

Ответ: В пазы ротора, аналогично пазам статора, укладываются три фазные обмотки, смещенные в пространстве на 120° относительно друг друга. Обмотки ротора соединяются звездой. Их начала соединяют с медными кольцами, которые вращаются вместе с валом.

21. На чем основан принцип действия трехфазного асинхронного двигателя?

Ответ: принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле. Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока f1 и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки. При подаче напряжения на неподвижные обмотки статора, оно создает магнитное в статора. Если подается напряжение переменного тока, то магнитный поток, созданный им, изменяется. Так статор производит изменение магнитного поля, и ротор получает магнитные потоки.
Таким образом, ротор электродвигателя принимает эти поток статора и, следовательно, вращается. Это основной принцип работы и скольжения в асинхронных машинах. Из вышеизложенного следует отметить, что магнитный поток статора (и его напряжение) должно быть равно переменному току для вращения ротора, так что асинхронная машина может работать только от сети переменного тока.

22. Укажите основные недостатки трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при прямом пуске в ход.

Ответ: при включении двигателя в сеть пусковой ток довольно велик, при этом пусковой момент значительно меньше номинального, это несколько ограничивает область применения, и если требуется большой пусковой момент, то асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором не подойдет. Еще одним недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является их низкий коэффициент мощности, особенно при малой нагрузке и на холостом ходу, что снижает эффективность такой электрической системы в целом.

23. Герметичная электрическая машина- это…

Герметичная электрическая машина- это такая конструкция электрической машины, которая позволяет повысить надежность работы электрической машины путем обеспечения работоспособности тонкостенного экрана в условиях действия на него наружного давления со стороны полости статора. Кроме того при такой конструкции повышается устойчивость экрана и появляется возможность выполнения его минимальной толщины, что в свою очередь улучшает электрические характеристики машины, в частности, увеличивает КПД.

24. Погружная электрическая машина – это…

Погружная электрическая машина – это такая конструкция электрической машины, при которой погружной электродвигатель с защищенным статором имеет разделительную трубу так, что ротор может омываться технологическим газом, а статор - технологической жидкостью. Применяется он для приведения в действие турбокомпрессора или центробежного насоса.

25. Определите для асинхронного двигателя число n оборотов в минуту вращающегося поля при частоте тока f₁= 50 Гц и шестиполюсном статоре.

26. Число пар полюсов асинхронного двигателя увеличили в два раза. Как изменится число оборотов вала двигателя?

27. Что определяет косинус φ (cos φ) асинхронного двигателя?

Ответ: cos φ- коэффициент мощности, рабочая характеристика АД, зависящая от механической мощности на валу двигателя при постоянном напряжении на зажимах статора и постоянной частоте сети

28. Рассчитать скорость вращения вала асинхронного двигателя, если частота вращения магнитного поля статора равна 3000 об/мин, а скольжение двигателя равно 0,02.

Решение:

Ответ:

29. Определить частоту вращения ротора асинхронного двигателя шестиполюсной машины при частоте сети 50 Гц и скольжении 4%.

30. Вычислить КПД асинхронного двигателя, если в процессе опытов холостого хода, короткого замыкания и при номинальной нагрузке ваттметр, включенный в одну из фаз, показал соответственно 400 Вт, 600 Вт и 10 кВт.

31. Вычислить скольжение в асинхронном двигателе, если при частоте сети 50 Гц частота вращения ротора равна 1470 об/мин.

32. Чему равна ЭДС в неподвижном роторе асинхронной машины, если при скольжении 0,05 ЭДС равна 2 В?

33. Асинхронный двигатель с номинальной мощностью 45 кВт имеет электрические потери 900 Вт, магнитные – 1,2 кВт, механические – 1,5 кВт. Дополнительные потери принять 2% от номинальной мощности. Вычислить КПД асинхронного двигателя.

Решение: 𝜂=𝑃2𝑃1 𝑃2 =𝑃1 +∑𝑃 ∑𝑃=𝑃эл+𝑃маг+𝑃мех+𝑃д

𝑃2 =45−(1,2+1,5+0,9+0,9)=40,5кВт 𝜂=40,545=0,9=90%

Ответ :90%

34. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя номинальной мощностью 400 Вт соответственно равны 80% и 0,5. Определить полную мощность потребляемую двигателем из сети.

Решение: 𝑃ном=𝑆∗𝜂∗cos𝜑 𝑆=𝑃ном𝜂∗cos𝜑 𝑆=4000,8∗0,5=1000Вт

Ответ:1000Вт

35. Вычислить номинальный вращающий момент трехфазного асинхронного двигателя марки 4АА63А2УЗ, в паспортных данных которого указана номинальная мощность 370 Вт и номинальная частота вращения ротора 2750 об/мин.

Ответ: Формула: M=9,55 P2/n2
9,55*(370/2750)=1,284 н*м

36. Как изменится мощность трехфазного асинхронного двигателя, если напряжение питания уменьшится в 2 раза?

Ответ: P=√3*U*I*cos φ* η
То есть, если понизить напряжение в 2 раза, то и уменьшится сама мощность в два раза.

37. Какой асинхронный двигатель предпочтительно используется в системах автоматического управления?

Ответ: В системах автоматического управления используется трёхфазный асинхронный двигатель.

38. Чему равен момент вращения асинхронного двигателя при скольжении S=0?

Ответ: При режиме идеального холостого хода АД скольжение S=0, момент вращения асинхронного двигателя М=0.

39. Почему электродвигатель называется асинхронным?

Ответ: Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. В синхронном же двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают.

40. Каково основное достоинство асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором?

Ответ: К преимуществам двигателей такого типа, в частности, перед асинхронными двигателями с фазным ротором, относятся простота обслуживания и отсутствие подвижных контактов. Здесь нет щеток и контактных колец, питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора, что и делает этот двигатель весьма удобным для самых разных сфер применения, практически универсальным. Такой двигатель прост в изготовлении и сравнительно дешев, затраты при эксплуатации минимальны, а надежность высока.

Достоинства асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

· приблизительно постоянная скорость при разных нагрузках;

· возможность кратковременных механических перегрузок;

· простота конструкции;

· простота пуска и легкость его автоматизации;

· более высокие cos φ и КПД, чем у электродвигателей с фазным ротором.

41. Какую частоту (скорость) вращения имеет вращающееся магнитное поле асинхронного электродвигателя при частоте напряжения питающей сети f₁=50 Гц и числа пар полюсов Р=2?

Решение:

Ответ:

42. Как изменить направление вращения асинхронного электродвигателя?

Если двигатель питается непосредственно от трехфазной сети, поменять местами любые два из трех идущих к нему фазных проводов.

Если двигатель питается от однофазной сети - поменять местами два провода пусковой или рабочей обмотки.

43. Частота (скорость) вращения ротора асинхронного электродвигателя n_н=1360 об/мин. Определить число пар полюсов обмотки статора двигателя.

Ответ: так как двигатель асинхронный, его частота вращения 1360 об/мин. Меньше, чем вращение магнитного поля. При частоте 50 Гц единственно возможным значением частоты вращения магнитного поля будет 1500 об/мин., что соответствует числу полюсов равным 2.

44. Какую максимальную частота (скорость) вращения в об/мин развивает четырехполюсный асинхронный электродвигатель при частоте напряжения питающей сети f₁=50 Гц?

Ответ: максимальная частота магнитного поля при четырехпол., которая развивается при напряжении 50 Гц, будет равна 1500 об/мин. Из этого следует, что частота вращения асинхронного двигателя меньше, чем 1500, однако не знаем насколько. Скороее всего на 2-7% меньше.

45. Как рассчитывается скольжение ротора асинхронного двигателя?

Ответ: S=((n1-n2)/n1)*100%
где n1 – частота вращения поля статора
n2 – частота вращения ротора.

46. Частота (скорость) вращения в пространстве магнитного поля ротора асинхронного двигателя.

Частота вращения ротора в магнитном поле:
n2=((60*f1)/p)*(1-S)
где p – число пар полюсов
f1 – частота напряжения источника питания
S – скольжение

47. Определите номинальную частоту (скорость) вращения n_н, если задано: число полюсов Р=3, номинальное скольжение ротора S_н=5%, частота напряжения питающей сети f₁=50 Гц.

48. Чему равна частота тока ротора асинхронного двигателя f₂, если частота напряжения питающей сети f₁=50 Гц и номинальное скольжение ротора S_н=5%?

49. Чему равна частота ЭДС неподвижного ротора асинхронного двигателя, если частота питающего напряжения f₁=1000 Гц.

Ротор ас-ого двигателя находится в неподвижном состоянии (двигатель в режиме короткого замыкания), то есть частота вращения ротора n2 = 0, откуда величина скольжения S = (n1-n2)/n1 = 1, где n1 – частота вращения магнитного поля статора.

Синхронная частота вращения магнитного поля статора перемещается относительно ротора с частотой скольжения Δn (Δn = n1-n2). Она же наводит в обмотке ротора ЭДС, частота которой f2 связана со скольжением S через формулу f2 = f1*S.

Таким образом, так как величина скольжения S = 1, а частота сети

f1 = 1000 Гц, можно сказать, что частота ЭДС, при неподвижном роторе,

равна 1000 Гц, то есть f2 = 1000 Гц.

Ответ: 1000 Гц.

50. Чему равна частота тока ротора асинхронного двигателя f₂ при номинальной нагрузке, если номинальная частота (скорость) вращения n_н=1350 об/мин, а частота напряжения питающей сети f₁=50 Гц.

Асинхронный двигатель работает в номинальном режиме, поэтому воспользуемся следующими формулами:

(1) SH = (n1-nH)/n1

(2) f2 = SH*f1

(3) n1 = f1*60/p, где p – число пар полюсов и равно 2 (из шкалы синхронных частот статора как ближайшее к nH значение).

Подставим (3) и (2) в (1)

ð f2 = f1 – nH*p/60 = 50 – 1350*2/60 = 5 Гц.

Ответ: 5 Гц

51. Как изменится частота ЭДС, наводимой в обмотке ротора асинхронного двигателя при переходе его от режима холостого хода к режиму короткого замыкания, когда ротор заторможен?

Ответ: частота ЭДС будет равна частоте тока обмотки статора.

52. Как изменится частота тока ротора асинхронного двигателя f₂ при переходе от пуска к режиму идеального холостого хода двигателя?

Ответ: уменьшится

53. В каких пределах изменяется скольжение ротора асинхронного двигателя при переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке?

Ответ: во время холостого хода скольжение s≈0. При начальном этапе запуска двигателя s=1. А далее при номинальном режиме работы s может изменятся от 0.03 до 0.07 в зависимости от характеристик двигателя.

54. Как изменяется скольжение ротора асинхронного двигателя при увеличении нагрузки на его валу?

Ответ: если постепенно повышать нагрузку двигателя, то скольжение будет расти (ротор будет все сильнее отставать от вращающегося магнитного поля), при этом пропорционально скольжению будет расти ток, наводимый в роторе, а пропорционально ему будет расти и момент. Поэтому при малых нагрузках можно считать, что момент пропорционален скольжению. Но при росте скольжения возрастают активные потери в роторе, которые снижают ток ротора, поэтому момент растет медленнее чем скольжение, и при определенном скольжении момент достигает максимума, а потом начинает снижаться. Скольжение, при котором момент достигает максимума, называется критическим.

55. Почему ток холостого хода асинхронного двигателя значительно больше, чем ток холостого хода трансформатора?

Ответ: В режиме холостого хода, когда обмотка статора подключена к сети, обмотка ротора разомкнута, а ротор заторможен, физические процессы в АД полностью подобны процессам в трансформаторе при холостом ходе. Отличие заключается только в том, что обмотки статора и ротора распределены по пазам и сопротивление магнитной цепи АД больше, чем в трансформаторе ввиду наличия достаточно большого (0,5 мм и более) воздушного зазора.

Поэтому ток холостого хода Io в АД значительно больше, чем в трансформаторе и может достигать (20-40)% и даже более от номинального тока.

56. Как изменится ток холостого хода асинхронного электродвигателя, если при ремонте уменьшить число витков каждой фазы статора?

Ответ: Потери холостого хода обусловлены потерями в стали. При уменьшении числа витков ток холостого хода увеличится, так как увеличится величина магнитного потока (E=4*Ke*Kобм*f*W*Ф - при уменьшении W увеличивается Ф, так как все остальные параметры постоянны), следовательно увеличатся потери в стали.

57. Как изменится коэффициент мощности cos(φ) асинхронного электродвигателя при переходе от режима холостого хода к номинальной нагрузке?

Ответ: Коэффициент мощности или cos(ф) связан с нагрузкой на валу двигателя, поскольку при разной механической мощности на валу — разной будет и активная составляющая тока статора. Так, в режиме холостого хода, то есть когда к валу ничего не присоединено, коэффициент мощности двигателя минимален. Если же нагрузку на валу начать увеличивать, то активная составляющая тока статора также будет расти, следовательно коэффициент мощности возрастет, и при близкой к номиналу нагрузке окажется максимальным. Если теперь нагрузку продолжить увеличивать, то есть нагружать вал сверх номинала, то ротор будет тормозиться, возрастет величина скольжения, индуктивное сопротивление ротора станет вносить свой вклад, и коэффициент мощности начнет уменьшаться.

58. Как изменится КПДасинхронного электродвигателя при переходе от номинальной нагрузки к режиму холостого хода?

Ответ: КПД в режиме нагрузки будет больше нуля, т.к. есть N вых., N вход, а также N потерь. Тогда Nвых /Nвход = больше нуля. Тогда как в номинальном режиме нагрузки есть N вход и N потерь, где мы смело можем сказать, что N вых = 0., те всё равно 0. Ответ: уменьшается.

59. Как изменится величина реактивной мощности Q, потребляемой асинхронным электродвигателем из сети при увеличении нагрузки на его валу?

Если нагрузку на валу начать увеличивать, то активная составляющая тока статора также будет расти, следовательно, коэффициент реактивной мощности возрастет, и при близкой к номиналу нагрузке окажется равным примерно 0,8 — 0,9.

Если теперь нагрузку продолжить увеличивать, то есть нагружать вал сверх номинала, то ротор будет тормозиться, возрастет величина скольжения s, индуктивное сопротивление ротора станет вносить свой вклад, и коэффициент реактивной мощности начнет уменьшаться.

60. Как изменится КПДасинхронного электродвигателя при переходе от режима холостого хода к нагрузочному режиму?

Ответ: КПД уменьшается