Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и основы электроники» (стр. 16 )

Рис. 12 Схема включения индуктивного сглаживающего фильтра

Емкостный фильтр (смотреть рисунок 13) представляет собой конденсатор, включенный параллельно нагрузке. В этом случае из-за значительной емкости сопротивления для переменной составляющей напряжения мало и оно шунтирует сопротивления нагрузки, пропуская через себя переменную составляющую, свое применение нашли в маломощных высокоомных цепях.

Рис. 13 Схема емкостного сглаживающего фильтра

Устройство, принцип действия и назначения трансформаторов

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, в котором переменный ток одного напряжения преобразуется в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Трансформаторы бывают: повышающие и понижающие.

По применению трансформаторы можно разделить на следующие виды:

-  Силовые трансформаторы (применяется в промышленности);

-  Автотрансформаторы;

-  Измерительные трансформаторы (измерительные устройства);

-  Трансформаторы специального назначения.

Однофазный двухобмоточный трансформатор состоит из стального сердечника, набранного из листов электротехнической стали толщиной 0,35…0,5 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Листы покрываются лаком для изоляции друг от друга. Трансформатор имеет не менее двух обмоток, связанных между собой посредством общего магнитного патока. Обмотки электрически изолированы друг от друга исключением является автотрансформаторы, у которых обмотка низшего напряжения является частью обмотки высшего напряжения.

В основу работы трансформатора положен принцип взаимоиндукции. Если к первичной обмотке трансформатора подвести синусоидальное напряжение U, то в ней течет электрический ток i, который создает намагничивающую силу iW, а последняя – переменный магнитный паток Ф. Магнитный паток замыкается по магнитопроводу и пронизывает все обмотки, расположенные на нем. В результате в каждой обмотке индуктируется ЭДС. ЭДС вторичной обмотки является источником напряжения для нагрузки, подключенной к этой обмотке.

Машины постоянного тока

Электрические машины постоянного тока (двигатели и генераторы) находят широкое применение в различных областях техники. Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода

различного технологического оборудования. Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.

Генераторы постоянного тока входят в состав систем электропитания специального оборудования, например, в радиотехнических установках, при зарядке аккумуляторов, для питания электролитических ванн и т. д.

Устройство машин постоянного тока.

Машину постоянного тока в основном можно разделить на неподвижную и вращающуюся части. Неподвижная часть состоит из станины, на которой укреплены главные полюсы для возбуждения главного магнитного потока и дополнительные для улучшения коммутации в машине.

Главный полюс состоит из сердечника, набранного из листовой стали и укрепленного болтами на станине, и обмотки возбуждения. Сердечник на свободном конце снабжается полюсным наконечником для создания требуемого распределения магнитного потока.

Станина является ярмом машины, т. е. частью, за мыкающей магнитную цепь главного потока Ф. Она изготовляется из литой стали, так к ак магнитный поток в ней относительно постоянен. Дополнительные полюсы устанавливаются на станине между основными. На сердечниках дополнительных полюсов располагаются обмотки, которые соединяются последовательно с якорем.

Якорем называют часть машины, в обмотке которой при вращении ее относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. В машине постоянного тока якорь состоит из зубчатого сердечника 2, обмотки 2 , уложенной в его пазах, и коллектора 3, насаженного на

вал якоря. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком.

Параметры машины постоянного тока:

1.  В соответствии с законом Ампера на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, пропорциональная магнитному патоку Ф и электрическому току I:

2.  Намагничивающая сила обмотки возбуждения создает постоянный магнитный паток Ф, пронизывающий обмотку якоря с током Iя. Это приводит к возникновению вращающегося момента:

где конструктивный коэффициент, т. е. постоянный для данной машины коэффициент, определяемый ее конструктивными параметрами.

3.  Как только якорь приводится во вращения и его обмотка начинает пересекать магнитный паток Ф, то в ней соответственно наводится ЭДС:

4.  Закон Ома для участка цепи

5.  Закон Ома для полной цепи

где сопротивления пускового реостата.

6.  Когда якорь приводится во вращение, то ток будет равен

7.  Основным параметром является частота вращения n и развиваемый момент .

где номинальная скорость на холостом ходу; уменьшения частоты вращения при увеличении нагрузки на двигатель.

8.  Определения полезной мощности и КПД

где - электрическая мощность, потребляемая двигателем, Вт.

Асинхронные двигатели

Асинхронные машины относятся, к машинам переменного тока преобразуя, электрическую энергию в механическую работу. Асинхронные двигатели состоят из: неподвижной части – статора, и подвижной – ротора.

Рис. 14 Устройство асинхронного двигателя

1 - вал ротора, 2 - крышка подшипника, 3 - подшипник, 4 - подшипниковый щит, 5 - пакет ротора, 6 - сердечник статора, 7 - корпус, 8 - обмотка, 9 - кожух вентилятора, 10 - вентилятор, 11 - коробка выводов.

Применения они нашли в промышленности ( в виде приводного двигателя в станках, насосах, подъемных механизмов) и в быту (стиральные машины, холодильники, электроинструмент).

В зависимости от источника питания двигателей можно подразделить на однофазные и трехфазные.

Трехфазные двигателя соединяются звездой (а) и треугольником (б) (смотреть рисунок 15).

а б

Рис. 15 Схема соединения обмоток статора трехфазного асинхронного двигателя

Основные параметры асинхронного двигателя:

1.  Частота вращения (синхронная частота)

2.  Действующее значения ЭДС в фазе неподвижного ротора

3.  Вращающийся момент

Режимы работы трехфазного асинхронного двигателя.

Режим двигателя

Этот режим служит для преобразования потребляемой из сети электрической энергии в механическую.

Рис. 16

Пусть обмотка статора создаёт магнитное поле, вращающееся с частотой n0 в указанном направлении (рис. 16). Это поле будет наводить согласно закону электромагнитной индукции в обмотке ротора ЭДС. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки и показано на рисунке (силовые линии должны входить в ладонь, а большой палец нужно направить по направлению движения проводника, т. е. ротора, относительно магнитного поля). В обмотке ротора появится ток, направление которого примем совпадающим с направлением ЭДС. В результате взаимодействия обмотки ротора с током и вращающегося магнитного поля возникает электромагнитная сила F. Направление силы определяется по правилу левой руки (силовые линии должны входить в ладонь, четыре пальца – по направлению тока в обмотке ротора). В данном режиме (рис. 16) электромагнитная сила создаст вращающий момент, под действием которого ротор начнёт вращаться с частотой n. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Чтобы изменить направление вращения ротора (реверсировать двигатель), нужно изменить направление вращения магнитного поля. Для реверса двигателя нужно изменить порядок чередования фаз подведённого напряжения, т. е. переключить две фазы.

Пусть под действием электромагнитного момента ротор начал вращаться с частотой вращения магнитного поля (n=n0). При этом в обмотке ротора ЭДС E2 будет равна нулю. Ток в обмотке ротора I2=0, электромагнитный момент M тоже станет равным нулю. За счёт этого ротор станет вращаться медленнее, в обмотке ротора появится ЭДС, ток. Возникнет электромагнитный момент.