Открытый урок "Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором"
план-конспект занятия

ГАПОУ «Аграрный техникум» пос. Молодёжный

Тоцкого района Оренбургской области

ОТКРЫТЫЙ УРОК ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

Тема: «Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором»

Автор работы: Ширинских Владимир Петрович

Методическое обоснование темы занятия

Предлагаемый урок – это урок изучения нового материала по одной из ключевых тем курса электротехники. Студенты на уроке не только усваивают ключевые физические понятия и явления – результаты научного познания, но и получают возможность прикоснуться к самому процессу «открытия» нового знания в дисциплине, стать свидетелями движения и развития научной мысли.

Концепция предлагаемого урока построена на интеграции теории и практики: все гипотезы и рассуждения проверяются опытом, умозаключения и выводы строятся на результатах физического эксперимента.

Ключевые (опорные) положения лекции фиксируются в опорном конспекте, что способствует выработке у обучающихся умений и навыков извлекать самое существенное из полученной информации, систематизировать, обобщать и делать выводы, формирует культуру мышления и ведения записей, необходимых для репродукции добытых знаний, их осмысления и применения.

На уроке активно используются видеопроектор и компьютер, что предоставляет преподавателю широкие возможности для проведения занятия. По сути дела на экране отображается сжатый, концентрированный вариант содержания занятия (своеобразный электронный конспект), реализуемый через пакет иллюстративных материалов (текстов, рисунков, и т.п.), которые используются в рамках данного учебного занятия и сохраняются в виде файла на компьютере.

Данная форма изложения изучаемого материала- активное вовлечение обучающихся в познавательную деятельность, применение видеопроектора и компьютера, в рамках одного учебного занятия – все это в комплексе позволяет провести урок на уровне современных требований к подготовке квалифицированных специалистов, востребованных на рынке труда.

План занятия

Преподаватель: Ширинских Владимир Петрович

Дисциплина: Основы электротехники и электроники

Тема занятия: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

Тип занятия: Урок формирования новых знаний (лекция)

Вид занятия: Урок

Цели занятия: - образовательная:изучить устройство и назначение асинхронного элекдвигателя с короткозамкнутым ротором; рассмотреть его достоинства и недостатки. - воспитательные: формировать умение работать в группе, формировать самостоятельность учащихся, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету; - развивающие: развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Методическая: Отработка приемов и навыков проведения занятий,

усовершенствование проведения лекционных занятий с применением инновационных педагогических технологий

Форма занятия: Фронтальная, групповая

Методы обучения: Наглядный, словесный

Средства технического оснащения: Экран, компьютер, проектор.

Учебно- методическое обеспечение: Дидактический материал ( презентация ,учебник, раздаточный материал, тестовое задание),макет.

Организация проведения занятия

Сценарий занятия

1 Организационный этап -10 минут

1 .1 Организационная часть : Приветствие. Проверка готовности студентов к занятию. Проверка посещаемости

Тема занятия: « Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором»

Мотивация : Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства механизмов, используемых во всех отраслях народного хозяйства. Благодаря своей простоте, низкой стоимости и высокой надежности они получили широкое применение и присутствуют повсюду. Теоретические знания данной темы необходимы в трудовой деятельности электрослесаря при ремонте, обслуживании или подключении электродвигателей . А также эти знания не помешают и в быту ,так как двигатели такого типа широко используются в бытовой технике.

Актуализация опорных знаний : А сейчас давайте вспомним материала прошлого урока. Мы изучали явление электромагнитной индукции . Необходимо ответить на вопросы ( приложение 1):

- Где используется явление электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции используется при устройстве генераторов, трансформаторов, электродвигателей .

- Продолжить предложение:

Направление ЭДС (электродвижущей силы ) определяется…согласно правила правой руки.

- Укажите номер правильного ответа: ЭДС индукции зависит : 1) от температуры проводника; 2) от химического состава проводника 3) от скорости движения проводника; 4) от магнитной индукции ,длины, скорости и угла направления перемещения проводника; 5) от температуры , химического состава и скорости движения проводника.

Тему прошлого урока усвоили. Сейчас переходим к изучению новой темы.

2. Изучение нового материала -25 минут

Демонстрация презентации (приложение 2):

Определение понятия- асинхронный электродвигатель

Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные. Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньшей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1889 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты.

Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов − металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

- конструкция асинхронного двигателя; Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 1.

Рис. 1. #1059;стройство асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали, с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса». Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым. Неподвижная часть двигателя − статор − состоит из корпуса 1 и сердечника 2 с трехфазной обмоткой3, коробкой выводов 4 (рис. 2). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Рис. 2. Статор асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и электромагнитной индукции. Таким образом, если способный вращаться вокруг оси ротор поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут ротор в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле.

Однофазные двигатели – это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки.

Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

Типы асинхронных двигателей

однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

двухфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

трехфазный двигатель с фазным ротором. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

Однофазные двигатели – это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки. Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором.

У двигателей первого типа (с пусковой обмоткой) пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока (с рабочим конденсатором) вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на макет наглядно видно, что сечение проводов одинаковое. Определить визуально, где рабочая, а где пусковая обмотки без замеров невозможно. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Когда двигатель имеет 3 вывода. Делаем замеры они будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. Провод, который показывает 10 ом, это сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор. В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки. Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор

Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели составляют 80% всего парка электродвигателей. Такое широкое распространение они получили из-за простоты конструкции и хороших эксплуатационных характеристик. Эти двигатели надежны в работе и требуют минимального технического обслуживания.

Принципиальным недостатком асинхронных двигателей являются трудности , связанные с регулированием частоты вращения.

Обучающиеся делают записи в тетрадях.

3. Рефлексивно-оценочный этап-10 минут

А сейчас проверим уровень освоения данной темы. Необходимо ответить на предложенные вопросы согласно предоставленному варианту (Тестовые задания приложение 3)

Предлагаю оценить свои знания самим.

(Демонстрируются правильные ответы приложение 4)

Давайте подведем итог нашего урока.

Проведем цветовую оценку нашего занятия (приложение 5)

#1053;аш урок закончен, спасибо всем за внимание

Приложение 1

Необходимо ответить на вопрос:

#1043;де используется явление электромагнитной индукции?

Продолжить предложение:

#1053;аправление ЭДС (электродвижущей силы ) определяется…

Указать номер правильного ответа:

#1069;ДС индукции зависит :

1) от температуры проводника;

2) от химического состава проводника;

3) от скорости движения проводника;

4) от магнитной индукции , длины, скорости и угла направления перемещения проводника;

5) от температуры , химического состава и скорости движения проводника.

Демонстрация презентации Приложение 2

1. Определение понятия- асинхронный двигатель

Электрические машины делятся на две большие категории: генераторы, которые служат для преобразования механической энергии в электрическую, и двигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Машины переменного тока в свою очередь делятся на асинхронные и синхронные. Статор асинхронной машины создает вращающееся магнитное поле, а ротор вращается с меньшей скоростью, т.е. асинхронно. Увеличение нагрузки двигателя вызывает уменьшение скорости вращения ротора. Асинхронная машина была изобретена М. О. Доливо-Добровольским еще в 1889 г., но до настоящего времени сохранила свои основные черты. Асинхронные машины получили наиболее широкое применение в современных электрических установках. Как и любая электрическая машина, асинхронные машины обратимы и могут работать как в генераторном, так и двигательном режимах. Однако преобладающее применение получили асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей весьма широкие: от бытовых электроприборов до крупных станков и агрегатов − металлорежущих станков, горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц), подъемных устройств, транспортных средств и т. п. В соответствии с этим единичная мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватта до тысяч киловатт.

2. Конструкция асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Основные части асинхронного двигателя изображены на рис. 1.

Рис. 1. Устройство асинхронного двигателя

Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из пластин электротехнической стали, с пазами, в которые уложена обмотка в виде «беличьего колеса». Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой рамку, т.е. короткозамкнутый виток. Поэтому такой ротор называется короткозамкнутым.

Неподвижная часть двигателя − статор − состоит из корпуса 1 и сердечника 2 с трехфазной обмоткой3, коробкой выводов 4 (рис. 2). Корпус двигателя отливают из алюминиевого сплава или чугуна, либо делают сварным. Сердечник статора представляет собой цилиндр, собранный из пластин электротехнической стали, которые для уменьшения потерь от вихревых токов изолированы друг от друга слоями лака. На его внутренней цилиндрической поверхности имеются пазы, расположенные параллельно оси двигателя. В эти пазы укладывается обмотка, к которой подводится напряжение. В простейшем случае обмотка статора состоит из трех секций, сдвинутых в пространстве друг относительно друга на 120°. В этом случае создается двухполюсное вращающееся магнитное поле. Для создания четырехполюсного вращающегося магнитного поля необходимо число секций обмотки увеличить до 6 и т. д.

Рис. 2. Статор асинхронного двигателя

3. Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на использовании вращающегося магнитного поля и электромагнитной индукции.

Таким образом, если способный вращаться вокруг оси ротор поместить во вращающееся магнитное поле, то по закону электромагнитной индукции в его стержнях возникнут ЭДС и в короткозамкнутых витках возникнут токи. Эти токи, взаимодействуя согласно закону Ампера с вращающимся магнитным полем, создадут вращающий момент и приведут ротор в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Однофазные двигатели – это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки. Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором. У двигателей первого типа пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой.

У однофазных асинхронных двигателей переменного тока с рабочим конденсатором вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя.

#1058;ипы асинхронных двигателей

• однофазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

• двухфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

• трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором;

• трехфазный двигатель с фазным ротором. 5. Рабочая и пусковая обмотки однофазного двигателя

Однофазные двигатели – это электрические машины небольшой мощности. В магнитопроводе однофазных двигателей находится двухфазная обмотка, состоящая из основной и пусковой обмотки. Две обмотки нужны для того, что бы вызвать вращение ротора однофазного двигателя. Самые распространенные двигатели такого типа можно разделить на две группы: однофазные двигатели с пусковой обмоткой и двигатели с рабочим конденсатором. У двигателей первого типа (с пусковой обмоткой) пусковая обмотка включается через конденсатор только на момент пуска и после того как двигатель развил нормальную скорость вращения, она отключается от сети. Двигатель продолжает работать с одной рабочей обмоткой. У однофазных асинхронных двигателей переменного тока (с рабочим конденсатором) вспомогательная обмотка включена постоянно через конденсатор. Величина рабочей емкости конденсатора определяется конструктивным исполнением двигателя. Знать устройство пусковой и рабочей обмоток однофазного двигателя надо обязательно. Пусковая и рабочие обмотки однофазных двигателей отличаются и по сечению провода и по количеству витков. Рабочая обмотка однофазного двигателя всегда имеет сечение провода большее, а следовательно ее сопротивление будет меньше.

Посмотрите на макет наглядно видно, что сечение проводов одинаковое. Определить визуально, где рабочая, а где пусковая обмотки без замеров невозможно. Замерять сопротивление обмоток можно и стрелочным и цифровым тестерами, а также омметром. Обмотка, у которой сопротивление меньше – есть рабочая.

Когда двигатель имеет 3 вывода. Делаем замеры они будут выглядеть следующим образом, например – 10 ом, 25 ом, 15 ом. Провод, который показывает 10 ом, это сетевой и третий 15 ом будет пусковым, который подключается ко второму сетевому через конденсатор. В этом примере направление вращения, вы уже не измените, какое есть такое и будет. Здесь, чтобы поменять вращение, надо будет добираться до схемы обмотки.

Еще один пример, когда замеры могут показывать 10 ом, 10 ом, 20 ом. Это тоже одна из разновидностей обмоток. В этих двигателях, рабочая и пусковая – одинаковые обмотки. Здесь разницы нет, какой у вас будет рабочая, а какая пусковая обмотка. Подключение пусковой обмотки однофазного двигателя, также осуществляется через конденсатор

#1055;реимущества и недостатки асинхронного двигателя

Асинхронные двигатели составляют 80% всего парка электродвигателей. Такое широкое распространение они получили из-за простоты конструкции и хороших эксплуатационных характеристик. Эти двигатели надежны в работе и требуют минимального технического обслуживания. Принципиальным недостатком асинхронных двигателей являются трудности , связанные с регулированием частоты вращения.

Приложение 3

Задание для оценки освоения учебной темы

І вариант

Укажите номер правильного ответа

1. Асинхронный двигатель изобрел:

а) Лебедев;

б) Попов;

в) Яблочков;

г) Доливо-Добровольский.

2. Вращающаяся часть в асинхронном двигателе это:

а) статор;

б) ротор;

в) индикатор;

г) станина

3. Магнитопровод статора асинхронного двигателя набирают из изолированных листов электротехнической стали для:

а) уменьшения потерь на перемагничивание;

б) уменьшения потерь на вихревые токи (нагревание);

в) увеличения сопротивления;

г) облегчения конструкции.

4. В статоре асинхронного однофазного двигателя обмоток :

а) одна ;

б) две ;

в) три ;

г) четыре .

5. Асинхронные двигатели предназначены для преобразования:

а) электрической энергии в механическую;

б) механической энергии в атомную;

в) электрической энергии в тепловую;

г) механической энергии во внутреннюю.

Задание для оценки освоения учебной темы

ІІ вариант

Укажите номер правильного ответа

1. Ток называется переменным который:

а) периодически изменяется по величине и направлению;

б) периодически изменяется со временем;

в) периодически изменяется по модулю;

г) периодически изменяется со временем по направлению.

2. Обмотки ротора по конструкции бывают:

а) фазные;

б) контурные;

в) магнитные;

г) короткозамкнутые.

3. Машина , преобразующая механическую энергию в электрическую это:

а) двигатель;

б) трансформатор;

в) генератор;

г) преобразователь.

4. Фазный ротор асинхронного двигателя отличается от короткозамкнутого:

а) числом катушек статора;

б) материалом стержней;

в) наличием контактных колец;

г) формой стержней.

5. Неподвижной частью в асинхронном двигателе является:

а) статор;

б) вал;

в) индикатор;

г) ротор.

Приложение 4

Ответы (правильные):

Вариант-1 Вариант-2

1-г 1-а

2-б 2-а,г

3-б 3-в

4-б 4-в

5-а 5-а

Критерии оценивания:

Правильный ответ- 1 балл

Приложение 5