Rozumíme principům fungování elektromotorů: výhodám a nevýhodám různých typů. Rozumíme principům činnosti elektromotorů: výhody a nevýhody různých typů Laboratorní práce studující stejnosměrný elektromotor

1. Účel práce: Studujte startovací vlastnosti, mechanické vlastnosti a způsoby regulace otáček motoru stejnosměrný proud se smíšeným vzrušením.

Adaniye.

2.1. na samostatnou práci:

Prostudovat konstrukční prvky, spínací obvody stejnosměrných motorů;

Prostudujte metodu získávání mechanických charakteristik stejnosměrného motoru;

Seznamte se s funkcemi spouštění a regulace rychlosti otáčení stejnosměrného motoru;

Kreslit schémata zapojení pro měření odporu obvodu kotvy a budicího vinutí (obr. 6.4) a testování motoru (obr. 6.2);

Pomocí Obr. 6.2 a 6.3 sestavte instalační schéma;

Nakreslete tvary tabulek 6.1... 6.4;

Připravte si ústní odpovědi na testové otázky.

2.2. pracovat v laboratoři:

Seznamte se s nastavením laboratoře;

Záznam v tabulce 6.1. údaje na typovém štítku motoru;

Změřte odpor obvodu kotvy a budicího vinutí. Údaje zaznamenejte do tabulky 6.1;

Sestavte obvod a proveďte studii motoru, zapište data do tabulek 6.2, 6.3, 6.4;

Sestrojte přirozenou mechanickou charakteristiku n=f(M) a rychlostní charakteristiky n=f(I B) a n=f(U);

Vyvodit závěry na základě výsledků výzkumu.

Obecná informace.

Stejnosměrné motory, na rozdíl od střídavých motorů (primárně asynchronních), mají vyšší poměr rozběhového momentu a přetížitelnosti a umožňují plynulé řízení rychlosti otáčení pracovního stroje. Používají se proto k pohonu strojů a mechanismů s obtížnými startovacími podmínkami (například jako spouštěče spalovacích motorů), dále tam, kde je potřeba regulovat otáčky ve velkých mezích (podávací mechanismy obráběcích strojů, chod- brzdové stojany, elektrifikovaná vozidla).

Konstrukčně se motor skládá ze stacionární jednotky (induktor) a rotující jednotky (kotvy). Budicí vinutí jsou umístěna na magnetickém jádru induktoru. V motoru se smíšeným buzením jsou dva: paralelní se svorkami Ř 1 a Ř2 a sériový se svorkami C1 a C2 (obr. 6.2). Odpor paralelního vinutí R ovsh je v závislosti na výkonu motoru od několika desítek až po stovky Ohmů. Je vyroben z drátu malého průřezu s velkým počtem závitů. Sériové vinutí má nízký odpor R obc (obvykle od několika Ohmů do zlomků Ohmů), protože sestává z malého počtu závitů drátu velkého průřezu. Induktor se používá k vytvoření magnetického budícího toku, když je jeho vinutí napájeno stejnosměrným proudem.

Vinutí kotvy je umístěno v drážkách magnetického obvodu a přivedeno ke kolektoru. Pomocí kartáčů jsou jeho svorky I a I 2 připojeny ke zdroji stejnosměrného proudu. Odpor vinutí kotvy R I je malý (ohmy nebo zlomky ohmů).

Točivý moment M stejnosměrného motoru vzniká interakcí proudu kotvy Iya s magnetickým budicím tokem F:

М=К × Iя × Ф, (6.1)

kde K je konstantní koeficient v závislosti na konstrukci motoru.

Když se kotva otáčí, její vinutí protíná budicí magnetický tok a indukuje se v něm emf E, úměrné frekvenci otáčení n:

E = C × n × Ф, (6,2)

kde C je konstantní koeficient v závislosti na konstrukci motoru.

Proud v obvodu kotvy:

I I =(U–E)/(R I +R OBC)=(U–С×n ×Ф)/(R I +R OBC), (6.3)

Řešením výrazů 6.1 a 6.3 společně vzhledem k n najdeme analytický výraz pro mechanické charakteristiky motoru n=F(M). Její grafický obrázek znázorněno na obrázku 6.1.

Rýže. 6.1. Mechanické vlastnosti stejnosměrného motoru se smíšeným buzením

Bod A odpovídá volnoběhu motoru při otáčkách n o. S rostoucím mechanickým zatížením se rychlost otáčení snižuje a krouticí moment se zvyšuje, až dosáhne jmenovité hodnoty MH v bodě B. V části letadla je přetížený motor. Proud Iya překračuje jmenovitou hodnotu, což vede k rychlému zahřívání kotvy a vinutí OVS a jiskření na kolektoru se zvyšuje. Maximální točivý moment Mmax (bod C) je omezen provozními podmínkami sběrače a mechanickou pevností motoru.

Pokračováním mechanické charakteristiky, dokud neprotne osu momentu v bodě D, bychom získali hodnotu rozběhového momentu, když je motor přímo připojen k síti. Emf E je nula a proud v obvodu kotvy podle vzorce 6.3 se prudce zvyšuje.

Pro snížení rozběhového proudu je k obvodu kotvy sériově zapojen rozběhový reostat Rx (obr. 6.2) s odporem:

Rx = UH / (1,3...2,5) ×I Ya.N. - (R I - R obc), (6.4)

kde U h je jmenovité napětí sítě;

Já Y.N. - jmenovitý proud kotvy.

Snížení proudu kotvy na (1,3...2,5)×I Ya.N. poskytuje dostatečný počáteční rozběhový moment MP (bod D). Jak motor zrychluje, odpor Rx se sníží na nulu a udržuje přibližně konstantní hodnotu MP (sekce SD).

Reostat R B v obvodu paralelního budícího vinutí (obr. 6.2) umožňuje regulovat velikost magnetického toku Ф (vzorec 6.1). Před spuštěním motoru se zcela stáhne, aby se získal požadovaný startovací moment při minimálním proudu kotvy.

Pomocí vzorce 6.3 určíme otáčky motoru

n = (U - I I (R I + R obc + Rx)) / (С Ф), (6,5)

kde R I, R obc a C jsou konstantní veličiny a U, I I a Ф lze měnit. To znamená tři možné způsoby ovládání otáček motoru:

Změna hodnoty dodávaného napětí;

Změnou hodnoty proudu kotvy pomocí nastavovacího reostatu Rx, který je na rozdíl od spouštěcího reostatu určen pro nepřetržitý provoz;

Změnou velikosti budícího magnetického toku F, který je úměrný proudu ve vinutích OVSh a OVS. V paralelním vinutí lze nastavit pomocí reostatu R b. Odpor R b se bere v závislosti na požadovaných mezích regulace rychlosti R B = (2...5) R obsh.

Na typovém štítku motoru jsou uvedeny jmenovité otáčky, které odpovídají jmenovitému výkonu na hřídeli motoru při jmenovitém síťovém napětí a výstupním odporům reostatů R X a R B.

Elektromotor je elektrické zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii. Elektromotory jsou dnes v průmyslu široce používány k pohonu různých strojů a mechanismů. V domácnosti jsou instalovány v pračka, lednička, odšťavňovač, kuchyňský robot, ventilátory, elektrické holicí strojky atd. Elektromotory pohánějí zařízení a mechanismy k němu připojené.

V tomto článku budu hovořit o nejběžnějších typech a principech fungování střídavých elektromotorů, široce používaných v garáži, domácnosti nebo dílně.

Jak funguje elektromotor?

Motor pracuje na základě efektu objevil Michael Faraday v roce 1821. Zjistil, že při interakci elektrický proud Ve vodiči a magnetu může docházet k trvalé rotaci.

Pokud je v rovnoměrném magnetickém poli Umístěte rám do svislé polohy a protáhněte jím proud, poté kolem vodiče vznikne elektromagnetické pole, které bude interagovat s póly magnetů. Rám se bude od jednoho odpuzovat a k druhému přitahovat.

Díky tomu se rám otočí do vodorovné polohy, ve které bude vliv magnetického pole na vodič nulový. Aby rotace pokračovala, je nutné přidat další snímek pod úhlem nebo ve vhodném okamžiku změnit směr proudu v snímku.

Na obrázku je to provedeno pomocí dvou polokroužků, ke kterým přiléhají kontaktní desky z baterie. V důsledku toho se po dokončení půlotočky změní polarita a rotace pokračuje.

V moderních elektromotorech Místo permanentních magnetů se k vytvoření magnetického pole používají induktory nebo elektromagnety. Pokud rozeberete jakýkoli motor, uvidíte navinuté závity drátu potažené izolačním lakem. Tyto závity jsou elektromagnety nebo, jak se jim také říká, vinutí pole.

Doma V dětských hračkách na baterie se používají permanentní magnety.

V jiných mocnější Motory používají pouze elektromagnety nebo vinutí. Rotující část s nimi se nazývá rotor a stacionární část je stator.

Typy elektromotorů

Dnes existuje poměrně hodně elektromotorů různých konstrukcí a typů. Lze je oddělit podle typu napájení:

Střídavý proud, fungující přímo ze sítě.
Stejnosměrný proud které fungují na baterie, dobíjecí baterie, napájecí zdroje nebo jiné zdroje stejnosměrného proudu.

Podle principu fungování:

Synchronní, které mají vinutí na rotoru a kartáčový mechanismus pro přívod elektrického proudu do nich.
Asynchronní, nejjednodušší a nejběžnější typ motoru. Nemají kartáče ani vinutí na rotoru.

Synchronní motor se otáčí synchronně s magnetickým polem, které jej otáčí, zatímco asynchronní motor se otáčí pomaleji než rotující magnetické pole ve statoru.

Princip činnosti a konstrukce asynchronního elektromotoru

V asynchronním pouzdře motoru, jsou položena statorová vinutí (pro 380 Voltů budou 3 z nich), které vytvářejí točivé magnetické pole. Jejich konce jsou připojeny ke speciální svorkovnici pro připojení. Vinutí jsou chlazena díky ventilátoru namontovanému na hřídeli na konci elektromotoru.

Rotor, který je s hřídelí z jednoho kusu, je vyroben z kovových tyčí, které jsou k sobě na obou stranách uzavřeny, proto se nazývá zkratovaný.
Díky této konstrukci odpadá častá periodická údržba a výměna současných napájecích kartáčů, spolehlivost, životnost a spolehlivost se mnohonásobně zvyšuje.

Obvykle, hlavní příčina neúspěchu asynchronního motoru je opotřebení ložisek, ve kterých se hřídel otáčí.

Princip činnosti. Aby asynchronní motor fungoval, je nutné, aby se rotor otáčel pomaleji než elektromagnetické pole statoru, v důsledku čehož se v rotoru indukuje EMF (vzniká elektrický proud). Tady důležitá podmínka, pokud by se rotor otáčel stejnou rychlostí jako magnetické pole, pak by se v něm podle zákona elektromagnetické indukce neindukovalo žádné EMF a tudíž by nedocházelo k rotaci. Ale ve skutečnosti se rotor kvůli tření ložisek nebo zatížení hřídele bude vždy otáčet pomaleji.

Magnetické póly se neustále otáčejí ve vinutí motoru a směr proudu v rotoru se neustále mění. V jednom okamžiku je například směr proudů ve vinutí statoru a rotoru schematicky znázorněn ve formě křížků (proud teče od nás) a teček (proud k nám). Rotující magnetické pole je znázorněno tečkovanou čarou.

Například, jak funguje kotoučová pila. Má nejvyšší rychlost bez zatížení. Jakmile ale desku začneme řezat, rychlost otáčení se sníží a zároveň se rotor začne otáčet pomaleji vůči elektromagnetickému poli a podle zákonů elektrotechniky se začne indukovat ještě větší EMF v to. Proud spotřebovaný motorem se zvýší a motor začne pracovat na plný výkon. Pokud je zatížení hřídele tak velké, že se zastaví, může dojít k poškození rotoru s klecí nakrátko v důsledku maximální hodnoty EMF v něm indukovaného. Proto je důležité vybrat motor s vhodným výkonem. Pokud si vezmete větší, pak budou náklady na energii neoprávněné.

Rychlost rotoru záleží na počtu pólů. Se 2 póly bude rychlost rotace rovna rychlosti rotace magnetického pole, rovna maximálně 3000 otáčkám za sekundu při síťové frekvenci 50 Hz. Pro snížení otáček na polovinu je nutné zvýšit počet pólů ve statoru na čtyři.

Významnou nevýhodou asynchronního motory je, že mohou upravovat rychlost otáčení hřídele pouze změnou frekvence elektrického proudu. A tak není možné dosáhnout konstantní rychlosti otáčení hřídele.

Princip činnosti a konstrukce střídavého synchronního elektromotoru

Tento typ elektromotoru se používá v každodenním životě tam, kde je vyžadována konstantní rychlost otáčení, možnost jejího nastavení a také pokud je požadována rychlost otáčení vyšší než 3000 ot./min (to je maximum pro asynchronní).

Synchronní motory se instalují do elektrického nářadí, vysavačů, praček atd.

V synchronním pouzdře Ve střídavém motoru jsou vinutí (3 na obrázku), která jsou také navinuta na rotoru nebo kotvě (1). Jejich vývody jsou připájeny k sektorům sběrače nebo sběrače (5), na které je pomocí grafitových kartáčků (4) přivedeno napětí. Svorky jsou navíc umístěny tak, že kartáče napájí vždy pouze jeden pár.

Nejčastější poruchy komutátorové motory jsou:

Opotřebení kartáče nebo jejich špatný kontakt v důsledku oslabení tlačné pružiny.
Kontaminace kolektoru. Očistěte buď alkoholem nebo brusným papírem.
Opotřebení ložisek.

Princip činnosti. Točivý moment v elektromotoru vzniká jako výsledek interakce mezi proudem kotvy a magnetickým tokem v budícím vinutí. Se změnou směru střídavého proudu se současně změní i směr magnetického toku v pouzdře a kotvě, díky čemuž bude rotace vždy jedním směrem.

Laboratorní práce č. 9

Předmět. Studie stejnosměrného elektromotoru.

Cíl práce: studovat strukturu a princip činnosti elektromotoru.

Zařízení: model elektromotoru, zdroj proudu, reostat, klíč, ampérmetr, propojovací vodiče, výkresy, prezentace.

ÚKOLY:

1 . Prostudujte si strukturu a princip činnosti elektromotoru pomocí prezentace, výkresů a modelu.

2 . Připojte elektromotor ke zdroji energie a sledujte jeho činnost. Pokud motor nefunguje, zjistěte příčinu a pokuste se problém odstranit.

3 . Uveďte dva hlavní prvky v konstrukci elektromotoru.

4 . Na jakém fyzikálním jevu je založeno působení elektromotoru?

5 . Změňte směr otáčení kotvy. Napište, co musíte udělat, abyste toho dosáhli.

6. Sbírat elektrický obvod, spojující do série elektromotor, reostat, zdroj proudu, ampérmetr a spínač. Změňte proud a sledujte činnost elektromotoru. Mění se rychlost otáčení kotvy? Zapište závěr o závislosti síly působící na cívku od magnetického pole na síle proudu v cívce.

7 . Elektromotory mohou mít jakýkoli výkon, protože:

A) můžete změnit sílu proudu ve vinutí kotvy;

B) můžete změnit magnetické pole induktoru.

Uveďte prosím správnou odpověď:

1) pouze A je pravdivé; 2) pouze B je pravdivé; 3) A i B jsou pravdivé; 4) A i B jsou nesprávné.

8 . Uveďte výhody elektromotoru oproti tepelnému motoru.

Laboratorní práce→ číslo 10

Studie stejnosměrného elektromotoru (na modelu).

Cíl práce: Seznamte se se základními díly stejnosměrného elektromotoru pomocí modelu tohoto motoru.

To je možná nejjednodušší práce pro kurz 8. třídy. Model motoru stačí připojit ke zdroji proudu, podívat se, jak funguje, a zapamatovat si názvy hlavních částí elektromotoru (kotva, induktor, kartáče, polokroužky, vinutí, hřídel).

Elektromotor, který vám nabízí váš učitel, může být podobný tomu, který je znázorněn na obrázku, nebo může mít jiný vzhled, protože pro školní elektromotory existuje mnoho možností. To nemá zásadní význam, protože učitel vám pravděpodobně podrobně řekne a ukáže, jak s modelem zacházet.

Uveďme si hlavní důvody, proč správně zapojený elektromotor nefunguje. Přerušený obvod, nedostatek kontaktu kartáčů s půlkroužky, poškození vinutí kotvy. Pokud jste v prvních dvou případech schopni to zvládnout sami, pokud se vinutí rozbije, musíte kontaktovat učitele. Před zapnutím motoru byste se měli ujistit, že se jeho kotva může volně otáčet a nic jí nepřekáží, jinak po zapnutí bude elektromotor vydávat charakteristický hukot, ale nebude se otáčet.

Podmínka úkolu: Laboratorní práce č. 10. Studie elektrického stejnosměrného motoru (na modelu).

Problém od
Učebnice fyziky, 8. ročník, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
pro rok 1998
Online sešit fyziky
pro 8. třídu
Laboratorní práce
- číslo
10

Studie stejnosměrného elektromotoru (na modelu).

Cíl práce: Seznámit se s hlavními částmi stejnosměrného elektromotoru na modelu tohoto motoru.

Nevíte jak to vyřešit? Můžete pomoci s řešením? Přijďte a zeptejte se.

←Laboratorní práce č. 9. Sestavení elektromagnetu a vyzkoušení jeho působení Laboratorní práce č. 11. Získání obrazu pomocí čočky.-.