Rozumieme princípom fungovania elektromotorov: výhodám a nevýhodám rôznych typov. Pochopenie princípov činnosti elektromotorov: výhody a nevýhody rôznych typov Laboratórne práce študujúce jednosmerný elektromotor

1. Účel práce:Študovať vlastnosti štartovania, mechanické charakteristiky a metódy riadenia rýchlosti jednosmerného motora so zmiešaným budením.

Adania.

2.1. pre samostatnú prácu:

Na štúdium konštrukčných prvkov, obvodov na zapínanie jednosmerných motorov;

Študovať metódu získania mechanických charakteristík jednosmerného motora;

Oboznámte sa s funkciami spúšťania a ovládania rýchlosti jednosmerného motora;

kresliť obvodové schémy zmerať odpor obvodu kotvy a budiacich vinutí (obr. 6.4) a odskúšať motor (obr. 6.2);

Pomocou obr. 6.2 a 6.3 zostaviť schému zapojenia;

Nakreslite formy tabuliek 6.1 ... 6.4;

Pripravte si ústne odpovede na kontrolné otázky.

2.2. pracovať v laboratóriu:

Oboznámte sa s nastavením laboratória;

Záznam v tabuľke 6.1. pasové údaje motora;

Zmerajte odpor obvodu kotvy a vinutia poľa. Zaznamenajte údaje do tabuľky 6.1;

Zostavte obvod a vykonajte štúdiu motora, zapíšte si údaje do tabuliek 6.2, 6.3, 6.4;

Zostavte prirodzenú mechanickú charakteristiku n=f(M) a rýchlostné charakteristiky n=f(I B) a n=f(U);

Vyvodiť závery z výsledkov štúdie.

Všeobecné informácie.

Jednosmerné motory na rozdiel od motorov striedavý prúd(primárne asynchrónne) majú veľký pomer rozbehového krútiaceho momentu a preťaženie, poskytujú plynulú reguláciu otáčok pracovného stroja. Preto sa používajú na pohon strojov a mechanizmov s ťažkými štartovacími podmienkami (napríklad ako štartéry spaľovacích motorov), ako aj v prípade potreby na riadenie otáčok v širokom rozsahu (posuvové mechanizmy obrábacích strojov, chod- brzdové stojany, elektrifikované vozidlá).

Konštrukčne sa motor skladá z pevnej jednotky (induktor) a rotačnej jednotky (kotvy). Budiace vinutia sú umiestnené na magnetickom obvode tlmivky. V motore so zmiešaným budením sú dva: paralelný s kolíkmi Sh 1 a Sh2 a sériový s kolíkmi C1 a C2 (obr. 6.2). Odpor paralelného vinutia R ovsh je v závislosti od výkonu motora od niekoľkých desiatok až po stovky ohmov. Vyrába sa z drôtu malého prierezu s veľkým počtom závitov. Sériové vinutie má nízky odpor R obc (zvyčajne od niekoľkých ohmov po zlomky ohmov), pretože pozostáva z malého počtu závitov drôtu s veľkým prierezom. Induktor slúži na vytvorenie magnetického budiaceho toku, keď sú jeho vinutia napájané jednosmerným prúdom.

Vinutie kotvy je umiestnené v drážkach magnetického obvodu a privedené do kolektora. Pomocou štetcov sú jeho závery I I a I 2 pripojené k zdroju jednosmerného prúdu. Odpor vinutia kotvy R I je malý (ohmy alebo zlomky ohmu).

Krútiaci moment M jednosmerného motora vzniká interakciou prúdu kotvy Ia s budiacim magnetickým tokom Ф:

M \u003d K × Ia × F, (6.1)

kde K je konštantný koeficient v závislosti od konštrukcie motora.

Keď sa kotva otáča, jej vinutie pretína budiaci magnetický tok a indukuje sa v ňom EMF E, úmerné frekvencii otáčania n:

E \u003d C × n × F, (6.2)

kde C je konštantný faktor v závislosti od konštrukcie motora.

Prúd kotvy:

I I \u003d (U - E) / (RI + R OBC) \u003d (U - C × n × F) / (RI + R OBC), (6.3)

Spoločným riešením výrazov 6.1 a 6.3 vzhľadom na n nájdu analytický výraz pre mechanické charakteristiky motora n = F (M). jej grafický obrázok znázornené na obrázku 6.1.

Ryža. 6.1. Mechanické charakteristiky jednosmerného motora so zmiešaným budením

Bod A zodpovedá voľnobežnému chodu motora s rýchlosťou otáčania n o. So zvyšovaním mechanického zaťaženia sa rýchlosť otáčania znižuje a krútiaci moment sa zvyšuje, pričom v bode B dosahuje nominálnu hodnotu MH. V sekcii BC motor pracuje s preťažením. Prúd Iya presahuje nominálnu hodnotu, čo vedie k rýchlemu ohrevu vinutia kotvy a OBC a zvyšuje sa iskrenie na kolektore. Maximálny moment M max (bod C) je obmedzený prevádzkovými podmienkami zberača a mechanickou pevnosťou motora.

Pokračovaním mechanickej charakteristiky, kým sa nepretína v bode D "s osou krútiaceho momentu, by sme dostali hodnotu rozbehového momentu pri priamom zapojení motora do siete. EMF E je nula a prúd v obvode kotvy, v súlade s vzorec 6.3, prudko stúpa.

Na zníženie rozbehového prúdu sa do obvodu kotvy sériovo zapojí štartovací reostat Rx (obr. 6.2) s odporom:

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

kde U h - menovité napätie siete;

Ja.N. - menovitý prúd kotvy.

Zníženie prúdu kotvy na (1,3...2,5)×I Ya.N. poskytuje dostatočný počiatočný rozbehový moment Mn (bod D). Keď motor zrýchľuje, odpor Rx sa zníži na nulu, pričom sa udržiava približne konštantná hodnota Mp (sekcia SD).

Reostat R B v obvode paralelného budiaceho vinutia (obr. 6.2) umožňuje nastaviť veľkosť magnetického toku Ф (vzorec 6.1). Pred spustením motora sa úplne odstráni, aby sa získal požadovaný štartovací moment pri minimálnom prúde kotvy.

Pomocou vzorca 6.3 určíme otáčky motora

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

v ktorých R I, R obc a C sú konštanty a U, I I a F sa môžu meniť. Z toho vyplývajú tri možné spôsoby ovládanie otáčok motora:

Zmena veľkosti vstupného napätia;

Zmenou hodnoty prúdu kotvy pomocou nastavovacieho reostatu Rx, ktorý sa na rozdiel od štartovacieho počíta na nepretržitú prevádzku;

Zmenou veľkosti budiaceho magnetického toku F, ktorý je úmerný prúdu vo vinutiach OVSH a OVSS. V paralelnom vinutí sa dá nastaviť pomocou reostatu R b. Odpor R b sa odoberá v závislosti od požadovaných limitov regulácie rýchlosti R B =(2...5) R obsh.

Výkonový štítok motora udáva menovité otáčky, ktoré zodpovedajú menovitému výkonu na hriadeli motora pri menovitom sieťovom napätí a výstupným odporom reostatov R X a RB .

Elektrický motor je elektrické zariadenie na premenu elektrickej energie na mechanickú energiu. Elektromotory sú dnes v priemysle široko používané na pohon rôznych strojov a mechanizmov. V domácnosti sú inštalované v práčka, chladnička, odšťavovač, kuchynský robot, ventilátory, elektrické holiace strojčeky atď. Elektromotory uvádzajú do pohybu zariadenia a mechanizmy s ním spojené.

V tomto článku budem hovoriť o najbežnejších typoch a princípoch fungovania striedavých elektromotorov, široko používaných v garáži, domácnosti alebo dielni.

Ako funguje elektromotor

Motor funguje na základe efektu objavil Michael Faraday v roku 1821. Zistil, že pri interakcii elektrický prúd vo vodiči a magnete môže nastať nepretržitá rotácia.

Ak je v rovnomernom magnetickom poli umiestnite rám do zvislej polohy a preveďte ním prúd, potom okolo vodiča vznikne elektromagnetické pole, ktoré bude interagovať s pólmi magnetov. Rám bude odpudzovaný od jedného a priťahovaný k druhému.

V dôsledku toho sa rám otočí do vodorovnej polohy, v ktorej bude nulový vplyv magnetického poľa na vodič. Aby rotácia pokračovala, musíte v správnom čase pridať ďalšiu snímku pod uhlom alebo zmeniť smer prúdu v snímke.

Na obrázku sa to robí pomocou dvoch polkrúžkov, ku ktorým priliehajú kontaktné dosky z batérie. Výsledkom je, že po dokončení polotočky sa polarita zmení a rotácia pokračuje.

V moderných elektromotoroch namiesto permanentných magnetov sa na vytvorenie magnetického poľa používajú induktory alebo elektromagnety. Ak rozoberiete akýkoľvek motor, uvidíte stočené cievky drôtu potiahnuté izolačným lakom. Tieto závity sú elektromagnet alebo, ako sa tiež nazýva, budiace vinutie.

Doma permanentné magnety sa používajú v detských hračkách na batérie.

V iných silnejšie motory používajú iba elektromagnety alebo vinutia. Rotujúca časť s nimi sa nazýva rotor a pevná časť sa nazýva stator.

Typy elektromotorov

Dnes existuje pomerne veľa elektromotorov rôznych konštrukcií a typov. Dajú sa rozdeliť podľa typu napájacieho zdroja:

Striedavý prúd fungujúce priamo zo siete.
Priamy prúd ktoré bežia na batérie, batérie, napájacie zdroje alebo iné zdroje jednosmerného prúdu.

Podľa princípu práce:

Synchrónne, v ktorých sú vinutia na rotore a kefový mechanizmus na privádzanie elektrického prúdu do nich.
Asynchrónne, najjednoduchší a najbežnejší typ motora. Nemajú kefy a vinutia na rotore.

Synchrónny motor sa otáča synchrónne s magnetickým poľom, ktoré ho otáča, zatiaľ čo u asynchrónneho motora sa rotor otáča pomalšie ako rotujúce magnetické pole v statore.

Princíp činnosti a zariadenie asynchrónneho elektromotora

V asynchrónnom balíku motor, sú položené vinutia statora (pre 380 voltov budú 3 z nich), ktoré vytvárajú rotujúce magnetické pole. Ich konce na pripojenie sú vyvedené na špeciálnu svorkovnicu. Vinutia sú chladené vďaka ventilátoru namontovanému na hriadeli na konci motora.

Rotor, ktoré sú jedno s hriadeľom, je vyrobené z kovových tyčí, ktoré sú na oboch stranách uzavreté, preto sa nazýva skratovaný.
Vďaka tejto konštrukcii nie je potrebná častá pravidelná údržba a výmena prúdových kefiek, výrazne sa zvyšuje spoľahlivosť, životnosť a spoľahlivosť.

zvyčajne hlavná príčina zlyhania asynchrónny motor je opotrebovanie ložísk, v ktorých sa hriadeľ otáča.

Princíp činnosti. Aby asynchrónny motor fungoval, je potrebné, aby sa rotor otáčal pomalšie ako elektromagnetické pole statora, v dôsledku čoho sa v rotore indukuje EMF (dochádza k elektrickému prúdu). Tu dôležitá podmienka, ak by sa rotor otáčal rovnakou rýchlosťou ako magnetické pole, potom by sa v ňom podľa zákona elektromagnetickej indukcie neindukovalo žiadne EMF, a preto by nedochádzalo k rotácii. Ale v skutočnosti sa rotor v dôsledku trenia ložísk alebo zaťaženia hriadeľa bude otáčať vždy pomalšie.

Magnetické póly sa neustále otáčajú vo vinutí motora a smer prúdu v rotore sa neustále mení. V jednom okamihu je napríklad smer prúdov vo vinutí statora a rotora schematicky znázornený vo forme krížikov (prúd tečie od nás) a bodiek (prúd k nám). Rotujúce magnetické pole je znázornené bodkovanou čiarou.

Napríklad, ako funguje kotúčová píla. Má najvyššiu rýchlosť bez zaťaženia. Ale akonáhle začneme rezať dosku, rýchlosť otáčania sa zníži a súčasne sa rotor začne otáčať pomalšie vzhľadom na elektromagnetické pole a podľa zákonov elektrotechniky sa začne indukovať ešte väčšia hodnota EMF v ňom. Prúd spotrebovaný motorom sa zvyšuje a motor začne pracovať na plný výkon. Ak je zaťaženie hriadeľa také veľké, že sa zastaví, môže dôjsť k poškodeniu rotora vo veveričke v dôsledku maximálnej hodnoty EMF v ňom indukovanej. Preto je dôležité vybrať motor s vhodným výkonom. Ak si vezmete viac, náklady na energiu budú neoprávnené.

Rýchlosť rotora závisí od počtu pólov. Pri 2 póloch sa rýchlosť otáčania bude rovnať rýchlosti otáčania magnetického poľa, maximálne 3000 otáčok za sekundu pri frekvencii siete 50 Hz. Na zníženie otáčok na polovicu je potrebné zvýšiť počet pólov v statore na štyri.

Významnou nevýhodou asynchrónneho motory je, že sa obsluhujú úpravou rýchlosti otáčania hriadeľa iba zmenou frekvencie elektrického prúdu. A tak nie je možné dosiahnuť konštantné otáčky hriadeľa.

Princíp činnosti a zariadenie synchrónneho striedavého motora

Tento typ elektromotora sa používa v každodennom živote, kde je potrebná konštantná rýchlosť otáčania, možnosť jej nastavenia, ako aj pri požiadavke na rýchlosť otáčania nad 3000 ot./min (to je maximum pre asynchrónne).

Synchrónne motory sa inštalujú do elektrického náradia, vysávačov, práčok atď.

V prípade synchrónneho Sú umiestnené vinutia striedavého motora (3 na obrázku), ktoré sú tiež navinuté na rotore alebo kotve (1). Ich závery sú prispájkované k sektorom zberného krúžku alebo zberača (5), ktoré sú napájané pomocou grafitových kefiek (4). Závery sú navyše usporiadané tak, že kefy napájajú napätie vždy len jeden pár.

Najčastejšie poruchy kolektorové motory sú:

Opotrebenie štetca alebo ich zlý kontakt v dôsledku oslabenia upínacej pružiny.
Znečistenie kolektorov. Vyčistite buď alkoholom, alebo brúsnym papierom.
Opotrebenie ložísk.

Princíp činnosti. Krútiaci moment v elektrickom motore vzniká ako výsledok interakcie medzi prúdom kotvy a magnetickým tokom v budiacom vinutí. So zmenou smeru striedavého prúdu sa v tele a kotve súčasne zmení aj smer magnetického toku, vďaka čomu bude rotácia vždy v rovnakom smere.

Laboratórium č. 9

Téma. Štúdia jednosmerného motora.

Cieľ: študovať zariadenie a princíp činnosti elektromotora.

Vybavenie: model elektromotora, zdroj prúdu, reostat, kľúč, ampérmeter, spojovacie vodiče, výkresy, prezentácia.

ÚLOHY:

1 . Preštudujte si zariadenie a princíp činnosti elektromotora pomocou prezentácie, výkresov a modelu.

2 . Pripojte motor k zdroju napájania a sledujte jeho činnosť. Ak motor nefunguje, nájdite príčinu a pokúste sa problém vyriešiť.

3 . Označte dva hlavné prvky v zariadení elektrického motora.

4 . Na akom fyzikálnom jave je založená činnosť elektromotora?

5 . Zmeňte smer otáčania kotvy. Napíšte, čo je potrebné urobiť.

6. Zhromaždite sa elektrický obvod sériovým zapojením elektromotora, reostatu, zdroja prúdu, ampérmetra a kľúča. Zmeňte prúd a sledujte činnosť elektromotora. Mení sa rýchlosť otáčania kotvy? Napíšte záver o závislosti sily pôsobiacej na stranu magnetického poľa na cievku od sily prúdu v cievke.

7 . Elektromotory môžu mať akýkoľvek výkon, pretože:

A) môžete zmeniť silu prúdu vo vinutí kotvy;

B) môžete zmeniť magnetické pole induktora.

Uveďte správnu odpoveď:

1) iba A je pravdivé; 2) iba B je pravdivé; 3) A aj B sú pravdivé; 4) A aj B sú nesprávne.

8 . Uveďte výhody elektromotora oproti tepelnému motoru.

Laboratórne práce→ číslo 10

Štúdia jednosmerného elektromotora (na modeli).

Cieľ: Zoznámte sa s hlavnými časťami jednosmerného elektromotora na modeli tohto motora.

Toto je možno najnekomplikovanejšia práca pre kurz 8. ročníka. Stačí pripojiť model motora k zdroju prúdu, pozrieť sa, ako to funguje, a zapamätať si názvy hlavných častí elektromotora (kotva, tlmivka, kefy, polkrúžky, vinutie, hriadeľ).

Elektromotor, ktorý vám učiteľ ponúkne, môže byť podobný tomu, ktorý je znázornený na obrázku, alebo môže mať iný vzhľad, pretože existuje veľa možností pre školské elektromotory. To nemá zásadný význam, pretože učiteľ pravdepodobne podrobne povie a ukáže, ako s modelom zaobchádzať.

Uvádzame hlavné dôvody, prečo nefunguje správne pripojený elektromotor. Otvorený obvod, nedostatok kontaktu medzi kefami a polkrúžkami, poškodenie vinutia kotvy. Ak ste v prvých dvoch prípadoch celkom schopní zvládnuť to sami, v prípade prerušenia vinutia musíte kontaktovať učiteľa. Pred zapnutím motora sa uistite, že sa jeho kotva môže voľne otáčať a nič jej neprekáža, inak po zapnutí elektromotor vydá charakteristický bzukot, ale nebude sa otáčať.

Podmienka úlohy: Laboratórna práca č. 10. Štúdia elektrického jednosmerného motora (na modeli).

Úloha od
Reshebnik vo fyzike, 8. ročník, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
za rok 1998
Online kniha fyzikálnych zdrojov
pre triedu 8
Laboratórne práce
- izba
10

Štúdia jednosmerného elektromotora (na modeli).

Cieľ práce: Zoznámiť sa s hlavnými detailmi jednosmerného elektromotora na modeli tohto motora.

Neviete ako sa rozhodnúť? Pomôžete s riešením? Vstúpte a spýtajte sa.

←Laboratórium č. 9. Zostavenie elektromagnetu a testovanie jeho činnosti. Laboratórium č. 11. Vytvorenie snímky šošovkou.-