Презентация на тему "Электромагнитные устройства"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Электромагнитные устройства

  Лекция 8

• 
  Слайд 2
  
• 
  Слайд 3

  Трансформаторы.

  Трансформатором называется статическое (т.е. без движущихся частей) электромагнитное устройство, предназначенное преимущественно для преобразования одного переменного напряжения в другое (или другие) той же частоты. Реже трансформаторы применяются для преобразования частоты, числа фаз и тока в напряжение (трансреакторы).

• 
  Слайд 4
  

  Трансформатор имеет не менее двух обмоток с общим магнитным потоком, которые электрически изолированы друг от друга. Это позволяет применять трансформаторы для электрической развязки цепей (такая развязка называется также развязкой по постоянному току или гальванической).

• 
  Слайд 5
  

  Для усиления индуктивной связи в большинстве трансформаторов обмотки размещаются на магнитопроводе, который с целью снижения влияния вихревых токов собирается из листовой электротехнической стали. В воздушных трансформаторах, которые применяются при частотах примерно свыше 20 кГц, магнитопровод отсутствует

• 
  Слайд 6
  

  Обмотка трансформатора, присоединенная к источнику питания, называется первичной. Соответственно, величины, относящиеся к этой обмотке,- число витков, напряжение и ток - именуются первичными. Обмотка, к которой подключается нагрузка трансформатора (электроприемник), и относящиеся к ней величины называются вторичными.

• 
  Слайд 7
  

  Различают однофазные (для цепей однофазного тока) и трехфазные (для трехфазных цепей) трансформаторы. У трехфазного трансформатора первичной или вторичной обмоткой принято называть соответственно совокупности трехфазных обмоток одного напряжения.

• 
  Слайд 8
  

  . На рис.26.1 показаны основные условные графические обозначения однофазного (1, 2, 3) и трехфазного (4, 5, 6) трансформаторов.

• 
  Слайд 9
  

  Впервые с техническими целями трансформатор был применен Яблочковым П.Н. в 1876 г. для питания электрических свечей. Повсеместное распространение трансформаторы получили после того, как М.О. Доливо-Добровольским была предложена трехфазная система передачи электроэнергии и разработана конструкция первого трехфазного трансформатора (1891).

• 
  Слайд 10

  Принцип действия однофазного трансформатора

  На рис. 26.2, а приведена принципиальная конструкция однофазного трансформатора. Со стороны вторичной обмотки, содержащей w2 витков, т.е. для нагрузки R2, трансформатор является источником электроэнергии, а со стороны первичной обмотки, содержащей w1 витков, - приемником энергии от источника питания.

• 
  Слайд 11
  

  Рассмотрим принцип действия однофазного трансформатора. Предположим сначала, что цепь вторичной обмотки трансформатора разомкнута и при действии источника напряжения u1 = e ток в первичной обмотке равен i1. Магнитодвижущая сила (МДС) первичной обмотки i1w1 создает в магнитопроводе магнитный поток Ф1, положительное направление которого определяется правилом буравчика. Этот магнитный поток индуктирует в первичной обмотке ЭДС самоиндукции eL1 (на рисунке не показана), а во вторичной обмотке – ЭДС взаимной индукции еМ2 (на рисунке также не показана). После замыкания цепи вторичной обмотки под действием ЭДС взаимной индукции еМ2 в нагрузке R2 возникнет ток i2 такого направления, что обусловленная им МДС i2w2 создает в магнитопроводе магнитный поток Ф2 , направленный встречно по отношению к Ф1.

• 
  Слайд 12
  

  Следовательно, первичная и вторичная обмотки рассматриваемого трансформатора включены встречно и результирующая МДС этих обмоток равна ilwl - i2w2. Эта МДС возбуждает в магнитопроводе общий магнитный поток Ф. Кроме того, при анализе работы трансформатора нужно учесть потокосцепления рассеяния первичной Ψрас1 и вторичной Ψрас2 обмоток, которые пропорциональны соответственно токам il и i2. В схеме замещения трансформатора эти потоки учитываются индуктивностями рассеяния Lрас1 и Lрас2.

• 
  Слайд 13
  

  Трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого не имеют активных сопротивлений и потокосцеплений рассеяния, называется идеализированным трансформатором. На рис. 26.2 идеализированный трансформатор выделен штриховой линией.

• 
  Слайд 14
  

  На рис. 26.3 приведена схема включения идеализированного однофазного трансформатора между источником ЭДС E и электроприемником с комплексным сопротивлением нагрузки Z2. Определим соотношения между основными величинами этой цепи.

• 
  Слайд 15
  
• 
  Слайд 16
  

  Выражение (26.2) справедливо по отношению ко всем обмоткам трансформатора и может быть использовано для определения числа их витков при известных напряжениях, в том числе – для определения числа витков w2 .

• 
  Слайд 17

  3. Мощность потерь в трансформаторе.

• 
  Слайд 18
  
• 
  Слайд 19
  
• 
  Слайд 20

  Электрические машины

• 
  Слайд 21

  Машины постоянного тока

  Электрическими машинами называются устройства, предназначен­ные для преобразования механической энергии вращения в электри­ческую (генератор) и наоборот, электрическую энергию в механичес­кую (двигатель). Работа электрической машины основана на единст­ве закона электромагнитной индукции и закона электромагнитных сил.

• 
  Слайд 22
  

  Возьмем устройство, состоящее из двух магнитных полюсов создающих постоянное магнитное поле, и якоря – стального цилиндра с уложен­ным на нем витком из электропроводного материала. Концы витка при­соединены к двум металлическим полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца соприкасаются с неподвижными щет­ками, соединенными с внешней цепью (рисунок 1.1).

• 
  Слайд 23
  

  При вращении якоря в соответствии с законом электромагнитной индукции в проводниках витка ab и cd при пересечении ими магнитного поля будет индуктироваться ЭДС, которая при наличии стального цилиндра равна e = BLV где V – линейная скорость движения проводника относительно магнитного поля; B – индукция магнитного поля; L – длина активной части витка.

• 
  Слайд 24
  

  Направления ЭДС в проводниках ab и cd определяется по правилу правой руки. По контуру abcd эти ЭДС складываются и, так как верхний и нижний проводники находятся в одинаковых магнитных ус­ловиях, то ЭДС витка будет

• 
  Слайд 25
  

  Таким образом, в данных условиях характер изменения во времени ЭДС в проводнике при вращении определяется характером распределе­ния индукции в зазоре. Распределение ее по окружности якоря нерав­номерное, так как магнитное сопротивление Rμ потоку различное. Под полюсами индукция В имеет максимальное значение, в проме­жутке между полюсами индукция уменьшается, достигая на линии qq нулевого значения (рисунок 1.2,а). Линия dd, проходящая через центр якоря вдоль полюсов, называется продольной осью машины, а линия qq, проходящая через центр якоря посредине между полюсами, называется поперечной осью. Поперечную ось также называют геометрической ней­тралью. Часть окружности якоря, приходящуюся на один полюс, называет полюсным делением и обозначают τ.

• 
  Слайд 26
  
• 
  Слайд 27
  

  При вращении якоря через каждые полоборота проводники ab и cd оказываются в поле противоположных полюсов. Поэтому направле­ние ЭДС в них меняется на противоположное. Таким образом, при вращении якоря в витке индуктируется переменная ЭДС (рисунок 1.2,б). Для получения во внешней цепи постоянного тока устанавливают спе­циальный переключатель, называемый коллектором. Проводники ab и cd присоединяются к полукольцам, изолированным друг от друга и от вала. Полукольца (пластины коллектора) соприкасаются с непод­вижными щетками, соединенными с внешней цепью.

• 
  Слайд 28
  

  При вращении якоря каждая из щеток будет соприкасаться только с той коллекторной пластиной и соответственно только с тем из проводников, который на­ходится под полюсом данной полярности. Направление ЭДС в витке изменяется на линии геометрической нейтрали и в это же момент происходит переключение полуколец к щеткам А и В. В резуль­тате полярность щеток в процессе работы машины остается неизмен­ной, а ЭДС и ток во внешней цепи становятся постоянными по направ­лению и переменным» по величине (рисунок 1.3).

• 
  Слайд 29
  
• 
  Слайд 30
  

  Таким образом, кол­лектор играет роль механического переключателя сторон витка к щет­кам, т.е. является выпрямителем. Чтобы сгладить пульсацию ЭДС и тока во внешней цепи, на якоре располагают несколько витков, при­соединенных к соответствующим парам коллекторных пластин и сдви­нутых относительно друг друга на некоторый угол. Практически уже при 16 витках на якоре пульсации тока становятся незаметными и ток во внешней цепи можно считать постоянными не только по направ­лению, но и по величине. Таким образом, мы получили генератор пос­тоянного тока.

• 
  Слайд 31
  

  Рассмотрим работу данной системы в режиме двигателя. Если к щеткам приложить напряжение внешнего источника электроэнергии, то в витке потечёт ток. Согласно закону электромагнитных сил на каж­дую сторону витка будет действовать сила Эти силы создадут вращающий момент

• 
  Слайд 32
  

  Под действием этого момента якорь начнет вращаться, преодолевая момент сопротивления на валу. После прохождения сторонами витка линии геометрической нейтрали они попадают в зону полюса противоположной полярности. Но в это же время в них изменяется и направле­ние тока, что осуществляется с помощью коллектора. В резуль­тате направление момента остается прежним, и якорь будет вращаться в том же направлении. В этом случае коллектор выполняет роль ин­вертора – преобразователя постоянного тока в переменный.

• 
  Слайд 33

  Асинхронный электродвигатель

  8 марта 1889 года величайший русский учёный и инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский изобрёл трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

• 
  Слайд 34
  

  Современные трёхфазные асинхронные двигатели являются преобразователями электрической энергии в механическую. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надёжности асинхронные двигатели получили широкое применение. Они присутствуют повсюду, это самый распространённый тип двигателей, их выпускается 90% от общего числа двигателей в мире. Асинхронный электродвигатель поистине совершил технический переворот во всей мировой промышленности. Огромная популярность асинхронных двигателей связана с простотой их эксплуатации, дешивизной и надежностью.

• 
  Слайд 35
  

  Асинхронный двигатель - это асинхронная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Само слово “асинхронный” означает не одновременный. При этом имеется ввиду, что у асинхронных двигателей частота вращения магнитного поля статора всегда больше частоты вращения ротора. Работают асинхронные двигатели, как понятно из определения, от сети переменного тока.

• 
  Слайд 36

  Устройство

  На рисунке: 1 - вал, 2,6 - подшипники, 3,8 - подшипниковые щиты, 4 - лапы, 5 - кожух вентилятора, 7 - крыльчатка вентилятора, 9 - короткозамкнутый ротор, 10 - статор, 11 - коробка выводов. Основными частями асинхронного двигателя являются статор (10) и ротор (9).

• 
  Слайд 37
  

  Статор имеет цилиндрическую форму, и собирается из листов стали. В пазах сердечника статора уложены обмотки статора, которые выполнены из обмоточного провода. Оси обмоток сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 120°. В зависимости от подаваемого напряжения концы обмоток соединяются треугольником или звездой.

• 
  Слайд 38
  

  Роторы асинхронного двигателя бывают двух видов: короткозамкнутый и фазный ротор. Короткозамкнутый ротор представляет собой сердечник, набранный из листов стали. В пазы этого сердечника заливается расплавленный алюминий, в результате чего образуются стержни, которые замыкаются накоротко торцевыми кольцами. Эта конструкция называется "беличьей клеткой". В двигателях большой мощности вместо алюминия может применяться медь. Беличья клетка представляет собой короткозамкнутую обмотку ротора, откуда собственно название.

• 
  Слайд 39
  

  Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку, которая практически не отличается от обмотки статора. В большинстве случаев концы обмоток фазного ротора соединяются в звезду, а свободные концы подводятся к контактным кольцам. С помощью щёток, которые подключены к кольцам, в цепь обмотки ротора можно вводить добавочный резистор. Это нужно для того, чтобы можно было изменять активное сопротивление в цепи ротора, потому что это способствует уменьшению больших пусковых токов. Подробнее о фазном роторе можно прочитать в статье - асинхронный двигатель с фазным ротором.

• 
  Слайд 40

  Принцип работы

  При подаче к обмотке статора напряжения, в каждой фазе создаётся магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Эти магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 120°, как во времени, так и в пространстве. Результирующий магнитный поток оказывается при этом вращающимся. Результирующий магнитный поток статора вращается и тем самым создаёт в проводниках ротора ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь взаимодействуя с магнитным потоком статора, создаёт пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения, тормозного момента ротора, а затем превышает его, ротор начинает вращаться. При этом возникает так называемое скольжение.

• 
  Слайд 41
  

  Скольжение s - это величина, которая показывает, насколько синхронная частота n1 магнитного поля статора больше, чем частота вращения ротора n2, в процентном соотношении. Скольжение это крайне важная величина. В начальный момент времени она равна единице, но по мере возрастания частоты вращения n2 ротора относительная разность частот n1-n2 становится меньше, вследствие чего уменьшаются ЭДС и ток в проводниках ротора, что влечёт за собой уменьшение вращающего момента. В режиме холостого хода, когда двигатель работает без нагрузки на валу, скольжение минимально, но с увеличением статического момента, оно возрастает до величины sкр - критического скольжения. Если двигатель превысит это значение, то может произойти так называемое опрокидывание двигателя, и привести в последствии к его нестабильной работе. Значения скольжения лежит в диапазоне от 0 до 1, для асинхронных двигателей общего назначения оно составляет в номинальном режиме - 1 - 8 %.

• 
  Слайд 42
  

  Как только наступит равновесие между электромагнитным моментом, вызывающим вращение ротора и тормозным моментом создаваемым нагрузкой на валу двигателя процессы изменения величин прекратятся. Выходит, что принцип работы асинхронного двигателя заключается во взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, которые наводятся этим магнитным полем в роторе. Причём вращающий момент может возникнуть только в том случае, если существует разность частот вращения магнитных полей.

• 
  Слайд 43
  

  Спасибо за внимание!