Электропривод и электрооборудование

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

А. Ю. Кузнецов, П. В. Зонов

ЭЛЕКТРОПРИВОД

И

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Учебно-методическое пособие

Новосибирск 2012

УДК 631.3–83 + 621.3 (075)
ББК 40.76, Я 73
Э 453

Рецензент: канд. техн. наук, доц. В. Л. Основич

Кузнецов А. Ю. Электропривод и электрооборудование: учеб.-ме
тод. пособие / А. Ю. Кузнецов, П. В. Зонов; Новосиб. гос. аграр. ун-т. 
Инженер. ин-т. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2012. – 85 с.

Учебно-методическое пособие содержит теоретический материал, 

а также практические задания с примерами и рекомендациями по выполнению заданий контрольной работы по электроприводу и по электрооборудованию. Приведен порядок решения типовых задач.

Предназначено для студентов всех форм обучения, обучающихся по 

направлению подготовки 110800.62 – Агроинженерия, по специальностям: 110301.65 – Механизация сельского хозяйства, 110302.65 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства, 110304.65 – Технология обслуживания и ремонта машин в АПК; по направлению 
подготовки 051000.62 – Профессиональное обучение, по специальности 
050501.65 – Профессиональное обучение.

Утверждено и рекомендовано к изданию методическим советом 

Инженерного института (протокол № 5 от 22 мая 2012 г.).

© Новосибирский государственный аграрный университет, 2012

ВВЕДЕНИЕ

Учебно-методическое пособие предназначено для само
стоятельной работы по дисциплине «Электропривод и электрооборудование» при выполнении контрольной работы. 
Оно знакомит студентов, в т. ч. заочной формы обучения, 
с основными теоретическими положениями по электрическому приводу переменного и постоянного тока и содержит 
задания с рекомендациями для их самостоятельного выполнения.

Учебно-методические указания, изложенные в пособии, 

разработаны с учетом требований ФГОС ВПО по направлениям 
подготовки 110800.62 – Агроинженерия и 051000.62 – Профессиональное обучение (сельское хозяйство), ГОС ВПО по 
агроинженерным специальностям 110301.65 – Механизация 
сельского хозяйства, 110304.65 – Технология обслуживания 
и ремонта машин в АПК, по специальности 050501.65 – Профессиональное обучение в соответствии с программой учебной дисциплины «Электропривод и электрооборудование».

После освоения дисциплины студент должен иметь сле
дующие профессиональные компетенции (ПК):

– готовность к использованию технических средств ав
томатики и систем автоматизации технологических процессов (ПК-9);

– способность использовать современные методы мон
тажа, наладки машин и установок, поддержания режимов работы электрифицированных и автоматизированных 
технологических процессов, непосредственно связанных 
с биологическими объектами (ПК-13);

– способность анализировать технологический процесс 

как объект контроля и управления (ПК-16);

– способность изучать и использовать научно- техниче
скую информацию, отечественный и зарубежный опыт по 
тематике исследований (ПК-19);

– готовность к участию в проектировании технических 

средств и технологических процессов производства, систем 
электрификации и автоматизации сельскохозяйственных 
объектов (ПК-24).

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Для студентов всех форм обучения учебным планом по 

курсу «Электропривод и электрооборудование» предусмотрено выполнение контрольной работы.

Контрольная работа по курсу содержит три задания. 

Условие каждой задачи общее для всех студентов. Студент 
должен выполнить свой вариант контрольной работы в соответствии с шифром (последние две цифры зачетной 
книжки). Данные к заданию № 1 приведены в табл. 9 и 10, 
заданию № 2 – в табл. 2, заданию № 3 – в табл. 2.

Для выполнения контрольной работы студенту необхо
димо изучить соответствующую литературу, решить задачи 
и упражнения, приведенные в рекомендованной литературе, чтобы иметь полное представление по рассматриваемому вопросу. Задачи и примеры посвящены вопросам оценки 
и расчета механических и регулировочных характеристик 
электроприводов с двигателями постоянного и переменного 
тока, в том числе с релейным управлением посредством регулируемых сопротивлений в цепях электродвигателей.

В процессе выполнения контрольной работы студенты 

приобретают навыки управления координатами электропривода и их регулирования, умение исследовать и анализировать его характеристики.

При выполнении задания контрольной работы студенту 

необходимо соблюдать следующие правила.

В тексте контрольной работы должны быть приведены 

условия задачи соответственно выполняемому варианту. 
Выполнение работы должно сопровождаться краткими объ

яснениями, подробными вычислениями и необходимыми 
обоснованиями. При вычислении каждой величины нужно 
указать, какая величина определяется. Решение задачи надо 
произвести сначала в общем виде (формулы в буквенных 
выражениях), и затем, после необходимых преобразований, 
вставлять соответствующие числовые значения. Необходимо указать размерность как всех заданных в условиях задачи величин, так и полученных результатов. Расчеты можно 
производить с точностью до трех знаков после запятой.

Рекомендуется выполнять графическое и текстовое 

оформление с помощью ПК. Принципиальные схемы необходимо начертить в соответствии с ЕСКД (согласно действующим стандартам).

Графический материал желательно выполнять аккурат
но на миллиметровой или чертежной бумаге с применением 
чертежных наборов или с помощью ПК.

В конце контрольной работы необходимо привести спи
сок использованной литературы, указать на титульном листе дату окончания работы и поставить свою подпись.

Не засчитываются небрежно оформленные, незакончен
ные, а также выполненные не по своему варианту контрольные работы.

На экзамене студенты сдают контрольные работы пре
подавателю-экзаменатору (студенты без контрольных работ 
к экзамену не допускаются).

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ 

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Асинхронным двигателем (АД) называется двигатель 

переменного тока, в котором угловая скорость ротора не 
равна угловой скорости вращения магнитного поля статора.

Асинхронный электропривод (АЭП) – это такой элек
тропривод, в состав которого входит АД. Относится к числу наиболее простых, надежных и дешевых электроприводов. Поэтому, несмотря на то, что пусковые характеристики 
у АЭП являются нелинейными, а электромеханическая и механическая характеристики также нелинейные, этот электропривод находит широкое применение в устройствах, не 
требующих высокой точности.

В настоящее время принята следующая классификация 

АД:

1) по электропотреблению:

– однофазный;
– двухфазный;
– трехфазный;

2) по конструктивному исполнению:

– с фазным ротором;
– с короткозамкнутым ротором;
– с полым немагнитным ротором;
– с полым ферромагнитным ротором;

3) по характеру перемещения рабочего органа:

– с вращательным движением рабочего органа;
– с поступательным перемещением рабочего органа

Схемы включения и конструктивная схема асинхронного 

двигателя общего назначения представлены на рис. 2.1–2.4.

На рис. 2.1 – 2.2 обозначено: 
R1Д – дополнительные резисторы в обмотке статора;
R2Д – дополнительные резисторы в обмотке ротора (при

меняются в мощных установках для ограничения тока и регулирования характеристик);

I1, I2 – токи первичной и вторичной обмоток.

Рис. 2.3. Конструктивная схема АД:

1 – вал электродвигателя; 2 – пакет пластин ротора; 3 – обмотка ротора; 4 – пакет 

пластин статора; 5 – обмотка статора; 6 – контактные кольца коллекторного 

токоподвода; 7 – щетки коллекторного токоподвода; 8  –  корпус статора;

9  –  анкерный болт; 1 0  –  шарикоподшипниковые опоры ротора

Обмотка типа «беличья клетка» может быть изготовлена 

штамповкой из меди или литьём из алюминиевого сплава.

Рис. 2.1. Схема АД 
с фазным ротором

Рис. 2.2. Схема АД с корот
козамкнутым ротором

литьём из алюминиевого сплава. 

 

 

 

Рис. 2.4. Обмотка короткозамкнутого ротора типа «беличья клетка»:

1, 1’ – торцевые части; 2 – стержни; 3 – магнито-мягкое железо ротора

2.1. Принцип действия АД

Для пояснения принципа действия АД на рис. 2.5, 2.6 

приведены его электромагнитная и эквивалентная схемы.
электромагнитная и эквивалентная схемы. 
 

 

 

Рис. 2.5. Электромагнитная схема АД

Угловая скорость вращения магнитного поля статора 

определяется по формуле

0

2
Cf ,
p

⋅π⋅
ω =
  
(2.1)

где р – число пар полюсов статора;

fC – частота питающего напряжения.

9

Угловая скорость вращения магнитного поля статора 
определяется по формуле 

0
2
Cf ,
p

 
                              (2.1) 

где р – число пар полюсов статора; fC – частота 
питающего напряжения.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Угловая скорость вращения ротора ω определяется по 
формуле 



0
1 s ,
   

                           (2.2) 
где s – скольжение, равное 

0
1
s
.

  
                             (2.3) 

В соответствии с рис. 2.5 электромагнитная система АД 
создает движущий момент сил за счет разности угловых 
скоростей ω0 и ω. Магнитное поле статора (см. рис. 2.6) 
изображено по более простой схеме. На роторе показан один 
проводник, вращающийся со скоростью ω < ω0, его 
взаимодействие с магнитным полем статора по закону 
Ампера приводит к появлению пары сил F. 
Рассмотрим 
силы, 
возникающие 
в 
асинхронном 
двигателе в зависимости от режимов его работы. 
1. Двигательный режим. Ротор вращается с угловой 
скоростью ω, меньшей угловой скорости статора ω0.  

Рис. 2.6. Простейшая эквивалентная схема АД
Рис. 2.6. Простейшая эквивалентная схема АД 

Угловая скорость вращения ротора ω определяется по 

формуле

(
)
0
1
s ,
ω = ω ⋅
−
  
(2.2)

где s – скольжение, равное

0
1
s
.
ω
= − ω
  
(2.3)

В соответствии с рис. 2.5 электромагнитная система АД 

создает движущий момент сил за счет разности угловых 
скоростей ω0 и ω. Магнитное поле статора (см. рис. 2.6) изображено по более простой схеме. На роторе показан один 
проводник, вращающийся со скоростью ω < ω0, его взаимодействие с магнитным полем статора по закону Ампера приводит к появлению пары сил F.

Рассмотрим силы, возникающие в асинхронном двига
теле в зависимости от режимов его работы.

1. Двигательный режим. Ротор вращается с угловой 

скоростью ω, меньшей угловой скорости статора ω0.

По правилу левой руки определяется направление тока, 

наводимого в короткозамкнутой обмотке ротора под действием ЭДС индукции. Сила Ампера F увлекает проводник 
в направлении движения электромагнитного поля и определяется по правилу левой руки (рис. 2.7).