Nous comprenons les principes de fonctionnement des moteurs électriques : les avantages et les inconvénients des différents types. Nous comprenons les principes de fonctionnement des moteurs électriques : les avantages et les inconvénients des différents types Travaux de laboratoire étudiant un moteur électrique à courant continu

1. Objectif du travail :Étudier les caractéristiques de démarrage, les caractéristiques mécaniques et les méthodes de régulation du régime moteur courant continu avec un enthousiasme mitigé.

Adanie.

2.1. au travail indépendant :

Étudier les caractéristiques de conception et les circuits de commutation des moteurs à courant continu ;

Étudier la méthode d'obtention des caractéristiques mécaniques d'un moteur à courant continu ;

Familiarisez-vous avec les fonctionnalités de démarrage et de régulation de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu ;

Dessiner schémas de circuits pour mesurer la résistance du circuit d'induit et des enroulements de champ (Fig. 6.4) et tester le moteur (Fig. 6.2) ;

En utilisant la fig. 6.2 et 6.3 établir un schéma d'installation ;

Dessinez les formes des tableaux 6.1... 6.4 ;

Préparez des réponses orales aux questions du test.

2.2. travailler en laboratoire :

Familiarisez-vous avec la configuration du laboratoire;

Inscrire dans le tableau 6.1. données sur la plaque signalétique du moteur ;

Mesurez la résistance du circuit d'induit et des enroulements de champ. Enregistrez les données dans le tableau 6.1 ;

Assembler le circuit et réaliser une étude du moteur, noter les données dans les tableaux 6.2, 6.3, 6.4 ;

Construire une caractéristique mécanique naturelle n=f(M) et des caractéristiques de vitesse n=f(I B) et n=f(U) ;

Tirer des conclusions basées sur les résultats de la recherche.

Informations générales.

Les moteurs à courant continu, contrairement aux moteurs à courant alternatif (principalement asynchrones), ont un rapport de couple de démarrage et une capacité de surcharge plus élevés et permettent un contrôle en douceur de la vitesse de rotation de la machine en fonctionnement. Par conséquent, ils sont utilisés pour entraîner des machines et des mécanismes avec des conditions de démarrage difficiles (par exemple, comme démarreurs dans les moteurs à combustion interne), ainsi que lorsqu'il est nécessaire de réguler la vitesse de rotation dans de larges limites (mécanismes d'alimentation des machines-outils, fonctionnement- béquilles de frein, véhicules électrifiés).

Structurellement, le moteur se compose d'une unité fixe (inducteur) et d'une unité rotative (induit). Les enroulements de champ sont situés sur le noyau magnétique de l'inducteur. Il y en a deux dans un moteur à excitation mixte : en parallèle avec les bornes Ø 1 et Ø 2 et en série avec les bornes C1 et C2 (Fig. 6.2). La résistance de l'enroulement parallèle R ovsh est, selon la puissance du moteur, de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d'Ohms. Il est constitué d'un fil de petite section avec un grand nombre de spires. L'enroulement série a une faible résistance R obc (généralement de plusieurs Ohms à des fractions d'Ohm), car se compose d'un petit nombre de tours de fil de grande section. L'inducteur est utilisé pour créer un flux d'excitation magnétique lorsque ses enroulements sont alimentés en courant continu.

Le bobinage d'induit est placé dans les rainures du circuit magnétique et amené au collecteur. A l'aide de balais, ses bornes I et I 2 sont reliées à une source de courant continu. La résistance de l'enroulement d'induit R I est faible (Ohms ou fractions d'Ohm).

Le couple M d'un moteur à courant continu est créé par l'interaction du courant d'induit Iya avec le flux d'excitation magnétique F :

М=К × Iя × Ф, (6.1)

où K est un coefficient constant dépendant de la conception du moteur.

Lorsque l'induit tourne, son enroulement traverse le flux magnétique d'excitation et une force électromotrice E y est induite, proportionnelle à la fréquence de rotation n :

E = C × n × Ф, (6.2)

où C est un coefficient constant dépendant de la conception du moteur.

Courant du circuit d'induit :

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

En résolvant ensemble les expressions 6.1 et 6.3 par rapport à n, nous trouvons une expression analytique pour les caractéristiques mécaniques du moteur n=F(M). Son image graphique illustré à la figure 6.1.

Riz. 6.1. Caractéristiques mécaniques d'un moteur à courant continu à excitation mixte

Le point A correspond au ralenti du moteur au régime de rotation n o. Avec l'augmentation de la charge mécanique, la vitesse de rotation diminue et le couple augmente, atteignant la valeur nominale M H au point B. Dans la section avions, le moteur est surchargé. Le courant Iya dépasse la valeur nominale, ce qui entraîne un échauffement rapide de l'induit et des enroulements OVS et une augmentation des étincelles sur le collecteur. Le couple maximal Mmax (point C) est limité par les conditions de fonctionnement du collecteur et la tenue mécanique du moteur.

En poursuivant la caractéristique mécanique jusqu'à son intersection avec l'axe du couple au point D, on obtiendrait la valeur du couple de démarrage lorsque le moteur est directement connecté au réseau. La force électromotrice E est nulle et le courant dans le circuit d'induit, conformément à la formule 6,3, augmente fortement.

Pour réduire le courant de démarrage, un rhéostat de démarrage Rx (Fig. 6.2) avec résistance est connecté en série au circuit d'induit :

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

où U h est la tension nominale du réseau ;

Je O.N. - courant d'induit nominal.

Réduire le courant d'induit à (1,3...2,5)×I Ya.N. fournit un couple de démarrage initial suffisant MP (point D). Au fur et à mesure que le moteur accélère, la résistance Rx est réduite à zéro, maintenant une valeur approximativement constante de MP (section SD).

Le rhéostat R B dans le circuit de l'enroulement d'excitation parallèle (Fig. 6.2) vous permet de réguler l'amplitude du flux magnétique Ф (formule 6.1). Avant de démarrer le moteur, il est complètement retiré pour obtenir le couple de démarrage requis avec un courant d'induit minimum.

À l'aide de la formule 6.3, nous déterminons le régime moteur

n = (U - I I (R I + R obc + Rx)) / (С Ф), (6.5)

dans laquelle R I, R obc et C sont des quantités constantes, et U, I I et Ф peuvent être modifiés. Cela implique trois moyens possibles contrôle du régime moteur :

Modification de la valeur de la tension fournie ;

En modifiant la valeur du courant d'induit à l'aide du rhéostat de réglage Rx, qui, contrairement au rhéostat de démarrage, est conçu pour un fonctionnement continu ;

En modifiant l'amplitude du flux magnétique d'excitation F, qui est proportionnelle au courant dans les enroulements OVSh et OVS. Dans un enroulement parallèle, il peut être réglé avec un rhéostat R b. La résistance R b est prise en fonction des limites de contrôle de vitesse requises R B = (2...5) R obsh.

La plaque signalétique du moteur indique la vitesse de rotation nominale, qui correspond à la puissance nominale sur l'arbre du moteur à la tension nominale du secteur et aux résistances de sortie des rhéostats R X et R B.

Un moteur électrique est un appareil électrique permettant de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Aujourd’hui, les moteurs électriques sont largement utilisés dans l’industrie pour entraîner diverses machines et mécanismes. Dans la maison, ils sont installés dans Machine à laver, réfrigérateur, presse-agrumes, robot culinaire, ventilateurs, rasoirs électriques, etc. Des moteurs électriques entraînent les appareils et mécanismes qui y sont connectés.

Dans cet article, je parlerai des types et principes de fonctionnement les plus courants des moteurs électriques à courant alternatif, largement utilisés dans le garage, la maison ou l'atelier.

Comment fonctionne un moteur électrique ?

Le moteur fonctionne en fonction de l'effet, découvert par Michael Faraday en 1821. Il a découvert que lors d'une interaction courant électrique Une rotation continue peut se produire dans le conducteur et l'aimant.

Si dans un champ magnétique uniforme Placez le cadre en position verticale et faites passer le courant à travers lui, puis un champ électromagnétique apparaîtra autour du conducteur, qui interagira avec les pôles des aimants. Le cadre repoussera l’un et attirera l’autre.

En conséquence, le cadre tournera vers une position horizontale dans laquelle l'effet du champ magnétique sur le conducteur sera nul. Pour que la rotation continue, il est nécessaire d'ajouter un autre cadre en biais ou de changer la direction du courant dans le cadre au moment approprié.

Sur la figure, cela se fait à l'aide de deux demi-anneaux, auxquels sont adjacentes les plaques de contact de la batterie. De ce fait, après avoir effectué un demi-tour, la polarité change et la rotation continue.

Dans les moteurs électriques modernes Au lieu d'aimants permanents, des inducteurs ou des électro-aimants sont utilisés pour créer un champ magnétique. Si vous démontez un moteur, vous verrez des tours de fil enroulés recouverts de vernis isolant. Ces spires sont l'électro-aimant ou, comme on les appelle aussi, l'enroulement de champ.

À la maison Les aimants permanents sont utilisés dans les jouets pour enfants alimentés par piles.

Dans d'autres, plus puissant Les moteurs utilisent uniquement des électro-aimants ou des enroulements. La partie tournante avec eux s'appelle le rotor et la partie fixe est le stator.

Types de moteurs électriques

Il existe aujourd’hui de nombreux moteurs électriques de conceptions et de types différents. Ils peuvent être séparés par type d'alimentation:

Courant alternatif, fonctionnant directement sur secteur.
Courant continu qui fonctionnent sur piles, batteries rechargeables, alimentations ou autres sources de courant continu.

Selon le principe de fonctionnement :

Synchrone, qui ont des enroulements sur le rotor et un mécanisme à balais pour leur fournir du courant électrique.
Asynchrone, le type de moteur le plus simple et le plus courant. Ils n'ont pas de balais ni d'enroulements sur le rotor.

Un moteur synchrone tourne de manière synchrone avec le champ magnétique qui le fait tourner, tandis qu'un moteur asynchrone tourne plus lentement que le champ magnétique tournant dans le stator.

Principe de fonctionnement et conception d'un moteur électrique asynchrone

Dans le cas asynchrone moteur, des enroulements de stator sont posés (pour 380 Volts il y en aura 3), qui créent un champ magnétique tournant. Leurs extrémités sont connectées à un bornier spécial pour la connexion. Les bobinages sont refroidis grâce à un ventilateur monté sur l'arbre en extrémité du moteur électrique.

Rotor, qui fait corps avec l'arbre, est constitué de tiges métalliques fermées les unes aux autres des deux côtés, c'est pourquoi on l'appelle court-circuité.
Grâce à cette conception, il n'est pas nécessaire d'effectuer un entretien périodique fréquent ni de remplacer les balais d'alimentation en courant, la fiabilité, la durabilité et la fiabilité augmentent plusieurs fois.

Généralement, principale cause d'échec d'un moteur asynchrone est l'usure des roulements dans lesquels tourne l'arbre.

Principe d'opération. Pour qu'un moteur asynchrone fonctionne, il est nécessaire que le rotor tourne plus lentement que le champ électromagnétique du stator, ce qui entraîne l'induction d'une CEM (un courant électrique apparaît) dans le rotor. Ici condition importante, si le rotor tournait à la même vitesse que le champ magnétique, alors, selon la loi de l'induction électromagnétique, aucune CEM n'y serait induite et, par conséquent, il n'y aurait pas de rotation. Mais en réalité, en raison de la friction des roulements ou de la charge sur l’arbre, le rotor tournera toujours plus lentement.

Les pôles magnétiques tournent constamment dans les enroulements du moteur et la direction du courant dans le rotor change constamment. À un moment donné, par exemple, la direction des courants dans les enroulements du stator et du rotor est représentée schématiquement sous la forme de croix (le courant s'éloigne de nous) et de points (le courant se dirige vers nous). Le champ magnétique tournant est représenté par une ligne pointillée.

Par exemple, comment fonctionne une scie circulaire. Il a la vitesse la plus élevée sans charge. Mais dès que nous commençons à couper la planche, la vitesse de rotation diminue et en même temps le rotor commence à tourner plus lentement par rapport au champ électromagnétique et, selon les lois de l'électrotechnique, une CEM encore plus importante commence à être induite dans il. Le courant consommé par le moteur augmente et celui-ci commence à fonctionner à pleine puissance. Si la charge sur l'arbre est si importante qu'il s'arrête, le rotor à cage d'écureuil peut être endommagé en raison de la valeur maximale de la force électromagnétique qui y est induite. C'est pourquoi il est important de sélectionner un moteur doté d'une puissance adaptée. Si vous en prenez un plus grand, les coûts énergétiques seront alors injustifiés.

Vitesse du rotor dépend du nombre de pôles. A 2 pôles, la vitesse de rotation sera égale à la vitesse de rotation du champ magnétique, égale au maximum à 3000 tours par seconde à une fréquence de réseau de 50 Hz. Pour réduire la vitesse de moitié, il faut augmenter le nombre de pôles dans le stator à quatre.

Un inconvénient important de l'asynchrone Les moteurs sont qu'ils peuvent régler la vitesse de rotation de l'arbre uniquement en changeant la fréquence du courant électrique. Il n’est donc pas possible d’obtenir une vitesse de rotation constante de l’arbre.

Principe de fonctionnement et conception d'un moteur électrique synchrone AC

Ce type de moteur électrique est utilisé dans la vie quotidienne où une vitesse de rotation constante est requise, la possibilité de la régler, et aussi si une vitesse de rotation supérieure à 3000 tr/min est requise (c'est le maximum pour les moteurs asynchrones).

Les moteurs synchrones sont installés dans les outils électriques, les aspirateurs, les machines à laver, etc.

Dans un boîtier synchrone Dans le moteur à courant alternatif, il y a des enroulements (3 sur la figure), qui sont également enroulés sur le rotor ou l'induit (1). Leurs conducteurs sont soudés aux secteurs de la bague collectrice ou du collecteur (5), auxquels une tension est appliquée à l'aide de balais en graphite (4). De plus, les bornes sont situées de manière à ce que les balais alimentent toujours en tension une seule paire.

Pannes les plus courantes les moteurs à collecteur sont :

Usure des brosses ou leur mauvais contact dû à l'affaiblissement du ressort de pression.
Contamination des collecteurs. Nettoyer avec de l'alcool ou du papier de verre abrasif.
Usure des roulements.

Principe d'opération. Le couple dans un moteur électrique est créé à la suite de l'interaction entre le courant d'induit et le flux magnétique dans l'enroulement de champ. Avec un changement de direction du courant alternatif, la direction du flux magnétique dans le boîtier et l'induit changera également simultanément, grâce à quoi la rotation se fera toujours dans un sens.

Travail de laboratoire n°9

Sujet. Etude du moteur électrique à courant continu.

Objectif du travail : étudier la structure et le principe de fonctionnement d'un moteur électrique.

Équipement: modèle de moteur électrique, source de courant, rhéostat, clé, ampèremètre, fils de connexion, dessins, présentation.

TÂCHES:

1 . Étudier la structure et le principe de fonctionnement d'un moteur électrique à l'aide d'une présentation, de dessins et d'une maquette.

2 . Connectez le moteur électrique à une source d’alimentation et observez son fonctionnement. Si le moteur ne fonctionne pas, déterminez la cause et essayez de résoudre le problème.

3 . Indiquer les deux éléments principaux de la conception d'un moteur électrique.

4 . Sur quel phénomène physique repose l’action d’un moteur électrique ?

5 . Changer le sens de rotation de l'armature. Notez ce que vous devez faire pour y parvenir.

6. Collecter circuit électrique, connectant en série un moteur électrique, un rhéostat, une source de courant, un ampèremètre et un interrupteur. Changez le courant et observez le fonctionnement du moteur électrique. La vitesse de rotation de l'induit change-t-elle ? Écrivez une conclusion sur la dépendance de la force agissant sur la bobine à partir du champ magnétique sur l'intensité du courant dans la bobine.

7 . Les moteurs électriques peuvent être de n’importe quelle puissance, car :

A) vous pouvez modifier l'intensité du courant dans l'enroulement d'induit ;

B) vous pouvez modifier le champ magnétique de l'inducteur.

Veuillez indiquer la bonne réponse :

1) seul A est vrai ; 2) seul B est vrai ; 3) A et B sont tous deux vrais ; 4) A et B sont tous deux incorrects.

8 . Énumérez les avantages d’un moteur électrique par rapport à un moteur thermique.

Travaux de laboratoire→ numéro 10

Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette).

Objectif du travail : Familiarisez-vous avec les éléments de base d'un moteur électrique à courant continu à l'aide d'un modèle de ce moteur.

C'est peut-être le travail le plus simple pour le cours de 8e année. Il vous suffit de connecter le modèle de moteur à une source de courant, de voir son fonctionnement et de mémoriser les noms des pièces principales du moteur électrique (induit, inducteur, balais, demi-anneaux, bobinage, arbre).

Le moteur électrique qui vous est proposé par votre professeur peut être similaire à celui illustré sur la figure, ou il peut avoir une apparence différente, car il existe de nombreuses options pour les moteurs électriques scolaires. Ceci n'est pas d'une importance fondamentale, puisque le professeur vous expliquera probablement en détail et vous montrera comment manipuler le modèle.

Énumérons les principales raisons pour lesquelles un moteur électrique correctement connecté ne fonctionne pas. Circuit ouvert, manque de contact des balais avec demi-anneaux, endommagement du bobinage d'induit. Si dans les deux premiers cas vous êtes tout à fait capable de vous en sortir seul, si le bobinage casse, il faut contacter un professeur. Avant d'allumer le moteur, vous devez vous assurer que son induit peut tourner librement et que rien ne l'interfère, sinon une fois allumé, le moteur électrique émettra un bourdonnement caractéristique, mais ne tournera pas.

Condition de la tâche : Travaux de laboratoire n°10. Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette).

Problème de
Manuel de physique, 8e année, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
pour 1998
Cahier d'exercices de physique en ligne
pour la 8ème année
Travaux de laboratoire
- nombre
10

Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette).

But du travail : Se familiariser avec les principales pièces d'un moteur électrique à courant continu à l'aide d'une maquette de ce moteur.

Vous ne savez pas comment résoudre ? Pouvez-vous nous aider avec une solution ? Entrez et demandez.

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