Занятие 11. Назначение и конструкция асинхронной машины.

1. Что образует магнитопровод АМ, где и как расположены обмотки АМ?

Магнитопровод образуют статор и ротор, изготовленные из листовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Обмотки расположены в пазах статора и ротора.

2. Какого типа бывает обмотка ротора АМ, какая из них наиболее распространена?

Обмотка бывает короткозамкнутой и фазной. Наиболее распространена короткозамкнутая обмотка.

3. Зачем нужны пазы, какие виды пазов используются в электрических моашинах?

В пазах располагаются обмотки статора и ротора, при этом достигается лучшая магнитная связь обмоток. Виды: Открытые, Полуоткрытые, Закрытые, Полузакрытые.

4. Как степень открытости паза влияет на поток рассеяния и на эквивалентный воздушный зазор?

Чем больше открыты пазы, тем меньше поток пазового рассеивания и больше эквивалентный воздушный зазор.

5. Что такое коэффициент воздушного зазора и когда он равен единице?

КВЗ ­- показывает увеличение зазора в зависимости от степени открытости пазов ротора и статора: Kв=Kв1*Кв2

При закрытых пазах Кв=1;

В остальных Кв>1.

6. В чем разница сосредоточенных и распределенных обмоток АМ?

В сосредоточенной обмотке каждая катушечная группа имеет 1 катушку. В распределеннoй - от 2 и более катушек.

7. Что такое катушка и секция?

Последовательно соединенные несколько витков, уложенных в одну пару пазов и имеющие кроме изоляции каждого проводника ещё и общую изоляцию от стенок паза – катушка или секция.

8. Что такое катушечная группа?

Катушечная группа – катушки фазы, лежащие в соседних пазах под одной парой полюсов и соединенные последовательно.

9. Что такое полюсное деление?

Полюсное деление – часть длины окружности статора, приходящее на один полюс.

10. Что такое зубцовое деление?

Зубцовое деление - часть длины окружности, приходящееся на одну пару паз – зубец.

11. Что такое активные и лобовые части обмоток, где они расположены?

Активные – те, которые лежат в пазах. Они непосредственно участвуют в преобразовании энергии.

Лобовые – на торцевых частях статора.

12. Что такое шаг обмотки, какие типы шага бывают, с каким шагом АМ наиболее распространены?

Шаг обмотки – расстояние между началом и концом секции.

Шаги- диаметральный, укороченный и удлиненный.

С укороченным чаще всего.

13. Скольким электрическим градусам равен один геометрический градус, и в какой АМ они совпадают?

Один геометрический градус = Р электрических.

14. Как подразделяются обмотки АМ в зависимости от схемы и формы катушек?

- Петлевые;

- Волновые.

15. Зачем нужно отгибать лобовые соединения вверх или вниз, как подразделяются в зависимости от этого обмотки АМ?

Чтобы вставлять и вынимать ротор.

-двухплоскостные;

-трехплоскостные.

16. Почему большинство АМ имеют двухслойную обмотку?

В однослойных обмотках всегда диаметральный шаг (=1 полюсному делению). В двухслойных обмотках можно сделать ускоренный шаг, из-за чего уменьшаются высшие гармоники МДС в двигателях.

17. Зачем в обмотке используются параллельные ветви проводов?

При повышении мощности двигателя увеличивается ток в фазе. Применение параллельных ветвей позволяет использовать провода меньшего сечения.

18. На какие составляющие подразделяют поля рассеяния обмоток АМ?

Фтп – поток пазового рассеивания (между стенками паза);

Фтл – лобового рассеивания;

Фд – дифференциального рассеивания

19. Что такое индуктивное сопротивление рассеяния обмотки АМ?

Индуктивное сопротивление рассеяния – коэффициент пропорциональности между током в обмотке и ЭДС рассеяния.

20. Из чего состоит магнитная проводимость контуров потока рассеяния обмотки АМ?

Из магнитной проводимости для потоков пазового, лобового, дифференциального рассеивания: .

Занятие 12. ЭДС и МДС обмоток машин переменного тока.

21. Как найти мгновенное значение ЭДС в проводнике обмотки при вращении в магнитном поле?

– нормальная составляющая индукции.

22. Почему гармоники поля АМ называют пространственными?

Гармоники поля называются пространственными, так как распределение индукций этих гармоник является функцией пространственной координаты и от времени не зависит.

23. Что такое коэффициент укорочения обмотки, как этот коэффициент влияет на ЭДС витка и катушки?

Учитывает уменьшение ЭДС при укорочении шага обмотки.

24. Как определить ЭДС витка и ЭДС катушки через поток?

ЭДС катушки: .

ЭДС витка: .

25. Что такое коэффициент распределения обмотки, как этот коэффициент влияет на ЭДС катушечной группы?

­- характеризует уменьшение ЭДС катушечной группы вследствие распределения обмотки на каждом полюсном делении по q пазам.

Eq=4,44fФw*qKyKp.

26. Как определить ЭДС катушечной группы через поток?

Eq=4,44fФw*qKyKp

27. Из-за чего улучшается форма кривой ЭДС при укорочении шага?

Из-за того, что вследствие укорочения шага, происходит резкое уменьшение ЭДС высших гармоник, индуцируемых в секции, по сравнению с ЭДС первой (основной) гармоники.

28. Из-за чего улучшается форма кривой ЭДС при увеличении числа пазов на полюс?

При этом сильно уменьшается коэффициент распределения Kp и ЭДС. ЭДС катушек катушечных групп для n-х гармоник будут сдвинуты относительно друг друга на угол, в n раз больший, чем для первой гармоники, из-за чего их сумма уменьшается.

29. Какие гармоники эдс наиболее сильно проявляются, и каким способом уничтожается каждая из них?

3-я, 5-я, 7-я

При укорочении шага на 1/v часть полюсного деления в кривой ЭДС полностью исчезает v-я гармоник. Если укоротить на 1/5Ʈ, то исчезнет пятая гармоника, при этом так же уменьшается ЭДС других гармоник.

3-я уничтожается соединением трехфазной обмотки в Y.

Для ослабления пятой и седьмой шаг выбирают 4/5 Ʈ<y<6/7 Ʈ.

30. Что такое зубцовые гармоники и как их уменьшить?

Искажение кривой МДС вызывается пульсациями магнитного поля вследствие зубчатого строения статора и ротора. Там, где зубец располагается под зубцом – индукция увеличивается. Там, где под зубцом паз или под пазом паз – индукция уменьшается. В результате кривая распределения имеет пилообразный характер, а в магнитном поле появляются гармоники – зубцовые. Для уменьшения применяют скос пазов. Если скос на статоре – на одно зубцовое деление ротора, если на роторе – на одно зубцовое деление статора.

31. Что такое коэффициент скоса?

Коэффициент скоса – это отношение геометрической суммы ЭДС к арифметической.

Показывает уменьшение ЭДС при скосе.

32. Что такое обмоточный коэффициент?

K_об=К_р*К_у.

33. За счет чего можно получить близкую к синусоидальной форму ЭДС и МДС в электрических машинах переменного тока?

За счет укорочения шага обмотки; увеличение числа пазов на полюс, скоса пазов.

34. Как найти ЭДС фазы через поток с учетом мер по улучшению формы этой кривой?

ЭДС фазы обмотки от поля первой гармоники: E₁=4,44fwK_y1K_p1Ф.

35. Что такое коэффициент распределения?

36. Какой примерный вид имеет кривая напряженности магнитного поля, его индукции и МДС вдоль зазора АМ для одной фазы, состоящей из минимального числа катушек?

37. Как распределение обмотки и укорочение шага влияет на форму кривой МДС фазы и МДС трехфазной обмотки?

Делает более синусоидальной форму кривой МДС.

38. Что представляет собой основная гармоническая результирующей МДС трехфазной обмотки? Как соотносится её амплитуда с амплитудой MДC фазы?

.

39. Что представляют собой высшие гармоники результирующей МДС трехфазной обмотки?

МДС 3 фазной обмотки при симметричной нагрузке не содержит гармоник кратных трем и состоит из прямых гармоник (1,7,13,19…) и обратных (5,11,17…).

40. Что такое АД с вывернутой фазой, в чем особенность его работы?

АД, у которого начало и конец фаз перепутаны.

Возникают 2 МДС – обратная и прямая.

Ротор вращается в обратную сторону с малой скоростью и издается шум.

Занятие 13. Физические процессы в АМ.

41. На чем основан принцип действия машины переменного тока?

На физических законах взаимодействия магнитного поля и помещенного в это поле проводника, по которому проходит электрически ток, и на явления возникающих при движении этого проводника в магнитном поле.

42. В чем принцип действия АД?

Обмотка статора подключается к трёхфазной сети переменного тока. Под действием напряжения, в ней протекает переменный ток, создаются МДС и вращаются магнитные поля. Рабочий поток взаимной индукции проходит по ярму и зубцам статора, через воздушный зазор, по зубцам и ярму ротора и замыкается через полюс другой полярности. Магнитное поле при вращении пересекает витки обмотки ротора и в ней индуцируется ЭДС. Под действием её потечет ток. В результате его взаимодействие с вращающимся полем статора появится сила F, действующая на проводник и вызывает момент. Ротор вращается под действием момента.

43. Как найти электромагнитный момент, действующий на ротор?

, где Z₂ – число пазов ротора

44. Обмотка статора трехфазного АД включена в сеть частоты f = 50 Гц, число полюсов машины 2р = 16. Чему равна частота вращения магнитного поля машины?

45. Почему скорость вращения ротора АД не может стать равной скорости поля статора?

При n₁=n₂ v_осн = 0 и l = 0, F = 0 , следовательно ротор не вращается.

46. Что такое скольжение асинхронного двигателя? Чему равно скольжение АД при пуске, на холостом ходу и при номинальной нагрузке?

Скольжение – скорость движения ротора относительно скорости поля статора, выраженная в относительных единицах. При пуске скольжение равно 1. При холостом ходу скольжение практически равно 0. При номинальной нагрузке 0,1-0,15.

47. Как АД преобразует частоту, что такое частота скольжения?

f_s – частота в роторе.

48. Почему в роторе АД на холостом ходу и в номинальном режиме практически отсутствуют магнитные потери? Почему ротор АД в любом случае делают шихтованным?

1. при штамповке листов стали для статора внутреннюю часть вырубки можно использовать для шихтовки ротора.

49. Что такое момент холостого хода АД?

Моментом холостого хода называют сумму: 1)момента трения в подшипниках и щеток о контактные кольца (в двигателях с фазным ротором); 2)момента сопротивления собственного вентилятора, находящегося на валу; 3)момента трения поверхности ротора о воздух.

50. Из чего состоят потери ХХ АД?

P₁₀=p_1э+р_1ст+р_мех=mU₁I₁₀cosφ₀, где p_1э – электрические потери в обмотке статора от тока холостого хода; р_1ст – потери в стали магнитопровода статора; р_мех – механические потери на трение, зависящие от скорости вращения ротора;

51. Зачем АД с вращающимся ротором заменяют АД с эквивалентным неподвижным?

АМ при неподвижном роторе с точки зрения преобразования энергии полностью соответствует трансформатору. Поэтому возникает естественное желание заменить АМ при вращающимся роторе эквивалентной по энергетическим и электромагнитным процессам машиной при неподвижном роторе. Добиться этого можно, если такой замене ток и его фаза в роторе и МДС ротора F2 останутся неизменными.

52. Для чего обмотку ротора приводят к обмотке статора?

Для удобства сопоставления величин первичной и вторичной обмоток и изображения их в одном масштабе, а также для получения более простой схемы замещения для расчета характеристик.

53. В чем суть приведения величин цепи ротора к обмотке статора?

Реальный ротор с числом фаз m2 и числом витков в обмотке w2 заменим ротором, у которого число фаз, число витков в обмотке и обмоточный коэффициент приняты такими же, как и у обмотки статора, при этом мощность, потери и МДС в приведенном роторе должны сохранить те же значения, что и в реальном роторе.

54. Как выглядят уравнения ЭДС и МДС приведенного АД?

U₁= -E₁+jI₁x₁+I₁r₁

I₁= - I₀ +(-)

55. Как выглядит Т-образная схема замещения АД В чем её недостаток?

56. Как выглядит энергетическая диаграмма АД?

57. Можно ли у АД, как у трансформатора, считать основной поток постоянным и почему?

Да, так как при разгоне от XX до номинального падением напряжения можно пренебречь.

U₁≈E₁; E₁=4,44fФКоб

58. Как выглядит Г-образная схема замещения АД?

59. Почему зазор между статором и ротором АД должен быть минимально возможным?

Потому что I₀ очень большие, и для их уменьшения нужно уменьшать зазор.

60. Намагничивающий ток АД по отношению к номинальному току статора больше или меньше соответствующего намагничивающего тока трансформатора и почему?

I₀=(20-50%) I_ном. «I₀»– у трансформатора гораздо меньше.

Занятие 14. Вращающие моменты АД.

61. Чему пропорционален электромагнитный момент АД, чем такая формула неудобна для построения механической характеристики?

Электромагнитный момент АМ создается в результате взаимодействия тока, протекающего по проводникам обмотки ротора, с вращающимся магнитным полем.

М=(К_об2*N₂*P/2)*Ф₁*I₂ *cosѰ₂.

Электромагнитный момент пропорционален магнитному потоку и активной составляющей тока ротора.

N₂ – количество проводников в роторе

Ѱ₂ – угол на который ЭДС опережает I₂

Такая форма удобна ля построения мех. Характеристики т.к. здесь момент является функцией трех величин, зависящих от нагрузки и скольжения: Ф, I₂, cosѰ₂

62. Как выглядит выражение для механической характеристики АД, полученное по Т-образной схеме замещения?

M=(m₁*U₁²r^I₂/S)/W₁[(r₁+C₁r₂^I/S)²+(X₁+C₁X^I₂)²]

63. Какой приближенный вид зависимости имеет электромагнитный момент от скольжения при малых скольжениях и почему?

M=(m₁*U₁²/W*C₁²r^I₂)*S

Т.е при S 0, электромагнитный момент изменяется пропорционально скольжению и M=f(S) имеет линейный характер.

64. Какой приближенный вид зависимости имеет электромагнитный момент от скольжения при больших скольжениях и почему?

M=(m₁*U₁²r^I₂)/W₁[(х₁+C₁х₂^I)² *

Т.е при M=f(S) имеет вид гиперболы.

65. Какой вид имеет механическая характеристика АД?

Физически такой вид объясняется аналогичными характеристиками изменения активной составляющей тока ротора.

66. Как оценивается перегрузочная способность АД, что такое критическое скольжение?

Перегрузочная способность оценивается оценивается по max моменту M_m. Скольжение, соответствующее этому моменту называют критическим и обычно S_m=0,07-0,15.

67. Что такое кратность максимального и кратность начального пускового момента АД?

Часто Mm выражают в долях от Mн. Кратность max момента для AD Kт=Mm/Mл=1,7-3. Момент при S=1 – начальный пусковой момент Mп. Обычно Kn=Mm/Mн=1-,135.

68. Как момент АД зависит от напряжения питания, активного сопротивления цепи ротора, индуктивных сопротивлений обмоток статора и ротора?

Момент AD при любом значении скольжения пропорционален квадрату приложенного напряжения U₁ активному сопротивлению и обратно пропорционален индуктивному.

69. Зависит ли значение величины максимального момента АМ от того, работает ли она АД или АГ, если да, то в каком режиме максимальный момент больше?

Зависит. В генераторном режиме несколько больше, чем в двигательном.

70. Для чего используется формула Клосса и почему ее удобно использовать?

Для относительного момента AD с постоянными параметрами. Формула позволяет определить Mm и Sm и построить M=f(s) для AD с const параметрами.

71. Что такое добавочные и паразитные моменты АД?

Выражения для электромагнитного момента было получено с предположения, что рассматривалась первая гармоника (распределение по sin закону). В действительности наряду в основной существуют высшие гармоники магнитного поля (несинусоидальные) – пространственные (не sin МДС, зубчатое строение ротора и статора, насыщение магнитной цепи). Каждая пространственная гармоника магнитного поля будет создавать свои моменты, которые называются добавочными или паразитными.