1.6.1. Терминология и основные определения

      Переменный ток, используемый в том числе для питания осветительных приборов и электродвигателей, в процессе синусоидальных колебаний периодически изменяет свою силу и направление. Сила тока возрастает  от нуля до максимального значения, затем падает до нуля, изменяет направление, возрастает до максимального значения в противоположном направлении и снова становится равной нулю. Так ток совершает периодические колебания. Период Т — время в секундах, за которое ток проходит все значения. Частота показывает количество полных циклов, совершенных за секунду.

31.png

 

 

   

       Говоря о токе или напряжении, обычно имеют в виду среднеквадратичное значение. Для синусоидального тока величина среднеквадратичного значения тока и соответственно напряжения будет равна:

32.png

 

 

 

       Напряжение ниже 50 В называется сверхнизким. Напряжение ниже 1000 В называется низким. Напряжение свыше 1000 В называется высоким. Стандартными напряжениями переменного тока с частотой 50 Гц являются напряжения 230/300 В и 400/690 В.

3345.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

1.6.2. Закон Ома для переменного тока

     Протекающий по обмотке переменный ток создает магнитный поток. Этот магнитный поток точно так же, как и ток, изменяет свою силу и направление. При изменении магнитного потока по закону индукции в обмотке создается ЭДС ( электродвижущая сила). Направление ЭДС противоположно полярности подаваемого напряжения. Это явление называется самоиндукцией.

     Самоиндукция в цепи переменного тока частично проявляется в сдвиге по фаз между током и напряжением  и частично — в падении индуктивного напряжения. Сопротивление цепи переменного или измеренного сопротивления этой же цепи постоянному току.

     Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Индуктивное сопротивление ( реактивное) обозначается Х, активное сопротивление — R, кажущееся сопротивление цепи или проводника — Z.

     Полное сопротивление ( импеданс) вычисляется по формуле:

34.png

 

 

 

 

   

      Закон Ома для цепи переменного тока:

35.png

 

 

 

 

   


36.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

1.6.3. Трехфазная система

     Трехфазный переменный ток вырабатывается генератором с тремя отдельными обмотками. Все значения синусоидального напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 1200.

     Трехфазная сеть обеспечивает подключение различных устройств. Однофазное устройство можно подключить между фазой и нулем. Трехфазные устройства можно подключать двумя способами: звездой (Y) и треугольником (Δ). При подключении звездой на выводы устройства подается фазовое напряжение. При подключении треугольником на выводы устройства подается линейное напряжение.

37.png










1.6.4. Мощность

     Активная мощность Р представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы. Реактивная мощность Q - «бесполезная» мощность, которую нельзя использовать для выполнения работы. Кажущаяся мощность S — мощность, которую нужно потреблять из сети для получения необходимой активной, реактивной и кажущейся мощностью обычно наглядно изображают как треугольник мощностей.

38.png

 

 

 

 

 

 

 

 

   

39.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


40.png










1.6.5. Электродвигатель

     Наиболее распространенными двигателями являются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Двигатели этого типа используются во всех отраслях промышленности. Бесшумные и надежные электродвигатели — часть большинства систем, в том числе компрессоров. Любой электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор формирует вращающееся магнитное поле, а ротор преобразует энергию этого поля в механическое движение.

     Статор подключается к питающей трехфазной сети. Ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ток в роторе, создавая тем самым в роторе магнитное поле. При взаимодействии магнитных полей статора и ротора возникает вращающий момент, который заставляет ротор вращаться.

1.6.5.1. Скорость вращения

     Если бы вал двигателя вращался с той же скоростью, что и магнитное поле, индуцируемый в роторе ток равнялся бы нулю. Однако это невозможно, например из-за потерь в подшипниках, кроме того, скорость вращения ротора на 1-5% ниже синхронной скорости магнитного поля (это явление называется проскальзыванием). Синхронная скорость вычисляется по формуле:

41.png

 

 

 

 

   

1.6.5.2. Коэффициент полезного действия

     Преобразование энергии в электродвигателе не обходится без потерь. Кроме всего прочего к этим потерям относятся потери на активное сопротивление, на вентиляцию, намагничивание и трение. Формула, применяемая для расчета кпд:

42.png

 

 

 

 

   

1.6.5.3. Класс изоляции

     В соответствии со стандартом IEC 85 (Международной электротехнической комиссии) все изоляционные материалы для обмоток электродвигателя подразделяются на классы изоляции. Каждый класс обозначается буквой, характеризующей верхний предел температуры в зоне использования изоляции. При превышении этого предела на 100С, продолжительность срока службы изоляции становится вдвое короче.

43.png

 

 

 

 

 


1.6.5.4. Классы защиты

     В соответствии со стандартом IEC 34-45 классы защиты указывают степень защиты электродвигателя от прикосновения и попадания воды. Класс защиты обозначается буквами IP и двумя цифрами. Первая — показывает степень защиты при прикосновении от попадания твердых предметов. Вторая цифра показывает степень защиты от воды. Например,IP23 означает что: (2) — устройство защищено от попадания твердых предметов размером более 12мм; (3)- устройство защищено от брызг воды, направленных под углом до 600 к вертикали. IP54 означает: (5) — защита от пыли; (4) — защита от воды, разбрызгиваемой в любом направлении. IP55 означает: (5) — защита от пыли; (5) — защита от струи воды, направляемой под низким давлением в любом направлении.

1.6.5.5. Способы охлаждения

     Согласно стандарту IEC 34-45, указывается способ охлажддения двигателя. Он обозначается буквами IC и двумя цифрами. Например, IC 01 означает: свободная циркуляция, собственная вентиляция; IC 41 означает: система охлаждения с водяной рубашкой, собственная вентиляция.

1.6.5.6. Способ монтажа

     Способ монтажа указывает, согласно стандарту IEC 34-7, способ установки двигателя. Для этого используются буквы IM и четыре цифры. Например, IM 1001 означает: два подшипника, вал со свободным концом, корпус статора без опор, большой фланец с гладкими отверстиями для крпления.

1.6.5.7. Подключение звездой (Y) и треугольником (Δ)

     Трехфазный электродвигатель можно подключать двумя способами: звездой (Y) или треугольником (Δ). Фазные обмотки в трехфазном двигателе обозначаются буквами U,V и W (U1-U2,V1-V2,W1-W2). При подключении звездой (Y) концы фазных обмоток соединены вместе и образуют нулевую точку. Схема подключения обмоток выглядит как звезда (Y).

     На обмотки подается фазовое напряжение ( фазовое напряжение = линейное напряжение / √3, например, 400В= 690/√3). Ток Ih, текущий к нулевой точке, равен фазовому току, и соответственно по обмоткам течет фазовый ток If=Ih.

     При подключении треугольником (Δ) начало каждой обмотки соединяется с концом другой обмотки. Соединенные таким образом обмотки образуют треугольник. На обмотки подается линейное напряжение. Протекающий через двигатель ток Ih представляет собой линейный ток, который разветвляется по обмоткам; по обмоткам течет фазовый ток Ih/√3 = If. Один и тот же электродвигатель можно подключать звездой к сети напряжением 690В или треугольником к  сети напряжением 400В.

44.png45.png

     В обоих случаях на обмотки будет подаваться напряжение 400В. Ток, протекающий через двигатель, при подключении звездой на 690В будет меньше, чем при подключении треугольником на 400 В. Отношение токов будет равняться √3.

     На табличке двигателя указано,например,690/400 В. Это означает, что подключение звездой предназначено для большего напряжения, а подключение треугольником — для меньшего. На плате может также указываться ток. Меньшее значение соответствует подключению обмоток двигателя звездой, а большее — подключению треугольником.

46.png47.png

 

 

 

 

 

48.png































1.6.5.8. Крутящий момент

     Крутящий момент электродвигателя является выражением способности ротора вращаться. У каждого двигателя есть свой максимальный крутящий момент. Если нагрузка превышает этот момент, у ротора не хватит мощности для вращения. С нормальной нагрузкой двигатель работает с моментом, который значительно меньше максимального. Однако в период пуска нагрузка значительно выше. Обычно характеристика двигателя представляется в виде кривой крутящего момента.