Vi förstår principerna för drift av elmotorer: fördelarna och nackdelarna med olika typer. Förstå principerna för drift av elektriska motorer: fördelar och nackdelar med olika typer Laboratoriearbete som studerar en DC-elmotor

1. Syftet med arbetet: Att studera funktionerna för start, mekaniska egenskaper och metoder för att styra hastigheten på en DC-motor med blandad excitation.

Adania.

2.1. för självständigt arbete:

För att studera designfunktionerna, kretsar för att slå på DC-motorer;

Att studera metoden för att erhålla de mekaniska egenskaperna hos en DC-motor;

Bekanta dig med funktionerna för att starta och kontrollera hastigheten på en DC-motor;

dra kretsscheman för att mäta motståndet hos ankarkretsen och excitationslindningarna (fig. 6.4) och testa motorn (fig. 6.2);

Med användning av fig. 6.2 och 6.3 gör ett kopplingsschema;

Rita formerna för tabellerna 6.1 ... 6.4;

Förbered muntliga svar på kontrollfrågor.

2.2. att arbeta i laboratoriet:

Bekanta dig med laboratorieinställningarna;

Anteckna i tabell 6.1. passdata för motorn;

Mät motståndet hos ankarkretsen och fältlindningarna. Registrera data i tabell 6.1;

Montera kretsen och genomför en studie av motorn, skriv ner data i tabellerna 6.2, 6.3, 6.4;

Bygg en naturlig mekanisk karakteristik n=f(M) och hastighetsegenskaper n=f(I B) och n=f(U);

Dra slutsatser från studiens resultat.

Allmän information.

DC-motorer i motsats till motorer växelström(främst asynkron) har ett stort startmomentförhållande och överbelastningskapacitet, ger smidig reglering av arbetsmaskinens hastighet. Därför används de för att driva maskiner och mekanismer med svåra startförhållanden (till exempel som startmotorer i förbränningsmotorer), samt, om nödvändigt, för att styra rotationshastigheten över ett brett område (matningsmekanismer för verktygsmaskiner, kör- bromsställ, elektrifierade fordon).

Strukturellt består motorn av en fast enhet (induktor) och en roterande enhet (armatur). Excitationslindningar är placerade på induktorns magnetiska krets. Det finns två av dem i en blandad magnetiseringsmotor: parallella med stiften Sh 1 och Sh2 och seriella med stiften C1 och C2 (Fig. 6.2). Motståndet hos parallelllindningen R ovsh är, beroende på motoreffekten, från flera tiotals till hundratals ohm. Den är gjord med en liten tvärsnittstråd med ett stort antal varv. Serielindningen har ett lågt motstånd R obc (vanligtvis från några få ohm till bråkdelar av en ohm), eftersom består av ett litet antal varv av tråd med stort tvärsnitt. Induktorn tjänar till att skapa ett magnetiskt excitationsflöde när dess lindningar drivs av likström.

Armaturlindningen placeras i magnetkretsens spår och förs till kollektorn. Med hjälp av borstar kopplas dess slutsatser I I och I 2 till en likströmskälla. Motståndet hos ankarlindningen R I är liten (ohm eller bråkdelar av en ohm).

Vridmomentet M för en DC-motor skapas av växelverkan mellan ankarströmmen Ia med det magnetiska excitationsflödet Ф:

M \u003d K × Ia × F, (6,1)

där K är en konstant koefficient beroende på motorns konstruktion.

När ankaret roterar, korsar dess lindning det magnetiska excitationsflödet och en EMF E induceras i den, proportionell mot rotationsfrekvensen n:

E \u003d C × n × F, (6,2)

där C är en konstant faktor beroende på motorns konstruktion.

Armaturström:

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

Genom att tillsammans lösa uttryck 6.1 och 6.3 med avseende på n, hittar de ett analytiskt uttryck för motorns mekaniska egenskaper n = F (M). Henne grafisk bild visas i figur 6.1.

Ris. 6.1. Mekaniska egenskaper hos en DC-motor med blandad excitation

Punkt A motsvarar motorn på tomgång med ett varvtal nr. Med en ökning av den mekaniska belastningen minskar rotationshastigheten och vridmomentet ökar och når det nominella värdet M H i punkt B. I BC-sektionen arbetar motorn med överbelastning. Strömmen Iya överstiger det nominella värdet, vilket leder till en snabb uppvärmning av ankarlindningarna och OBC, och gnistbildningen på kollektorn ökar. Det maximala momentet M max (punkt C) begränsas av uppsamlarens driftsförhållanden och motorns mekaniska styrka.

Fortsätter den mekaniska karakteristiken tills den skär i punkt D "med vridmomentaxeln, skulle vi få värdet på startmomentet när motorn är direkt ansluten till nätet. EMF E är noll och strömmen i ankarkretsen, enl. formel 6.3, ökar kraftigt.

För att minska startströmmen kopplas en startreostat Rx (Fig. 6.2) med resistans i serie till ankarkretsen:

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

där U h - nätverkets nominella spänning;

Jag Ya.N. - nominell ankarström.

Armaturströmminskning till (1,3...2,5)×I Ya.N. ger tillräckligt initialt startmoment Mn (punkt D). När motorn accelererar reduceras motståndet Rx till noll, vilket bibehåller ett ungefärligen konstant värde på Mp (SD-sektion).

Reostaten RB i kretsen för den parallella excitationslindningen (Fig. 6.2) låter dig justera storleken på det magnetiska flödet Ф (formel 6.1). Innan motorn startas tas den bort helt för att erhålla det erforderliga startmomentet vid en minimal ankarström.

Med hjälp av formel 6.3 bestämmer vi motorvarvtalet

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

där R I, R obc och C är konstanter, och U, I I och F kan ändras. Av detta följer tre möjliga sätt motorvarvtalsreglering:

Förändring i storleken på ingångsspänningen;

Genom att ändra värdet på ankarströmmen med hjälp av justeringsreostaten Rx, som, till skillnad från den startande, beräknas för kontinuerlig drift;

Genom att ändra storleken på det magnetiska excitationsflödet F, vilket är proportionellt mot strömmen i OVSH- och OVSS-lindningarna. I en parallelllindning kan den justeras med en reostat Rb. Motståndet R b tas beroende på de erforderliga hastighetskontrollgränserna R B =(2...5) R obsh.

Motorns märkskylt anger märkvarvtalet, vilket motsvarar märkeffekten på motoraxeln vid märkspänningen och utgångsresistanserna för reostaterna R X och RB .

En elmotor är en elektrisk anordning för att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Idag används elmotorer flitigt inom industrin för att driva olika maskiner och mekanismer. I hushållet är de installerade i tvättmaskin, kylskåp, juicepress, matberedare, fläktar, elektriska rakapparater, etc. Elmotorer som sätts i rörelse enheter och mekanismer kopplade till den.

I den här artikeln kommer jag att prata om de vanligaste typerna och principerna för drift av AC-elektriska motorer, som ofta används i garaget, hushållet eller verkstaden.

Hur en elmotor fungerar

Motorn fungerar utifrån effekten upptäcktes av Michael Faraday 1821. Han gjorde upptäckten att när han interagerade elektrisk ström en kontinuerlig rotation kan ske i ledaren och magneten.

Om i ett enhetligt magnetfält placera ramen i vertikalt läge och för ström genom den, då kommer ett elektromagnetiskt fält att uppstå runt ledaren, som kommer att samverka med magneternas poler. Ramen kommer att stötas bort från den ena och attraheras av den andra.

Som ett resultat kommer ramen att vända sig till ett horisontellt läge, där det kommer att finnas noll effekt av magnetfältet på ledaren. För att rotationen ska fortsätta måste du lägga till ytterligare en ram i vinkel eller ändra riktningen på strömmen i ramen vid rätt tidpunkt.

I figuren görs detta med hjälp av två halvringar, till vilka kontaktplattorna från batteriet ansluter. Som ett resultat, efter att ett halvt varv är avslutat, ändras polariteten och rotationen fortsätter.

I moderna elmotorer istället för permanentmagneter används induktorer eller elektromagneter för att skapa ett magnetfält. Om du demonterar någon motor kommer du att se lindade spolar av tråd belagda med isolerande lack. Dessa varv är en elektromagnet eller, som de också kallas, en excitationslindning.

Hemma permanentmagneter används i batteridrivna barnleksaker.

I andra mer kraftfulla motorer använder endast elektromagneter eller lindningar. Den roterande delen med dem kallas rotorn, och den fasta delen kallas statorn.

Typer av elmotorer

Idag finns det en hel del elmotorer av olika design och typer. De kan delas efter typ av strömförsörjning:

Växelström fungerar direkt från elnätet.
Likström som drivs med batterier, batterier, nätaggregat eller andra likströmskällor.

Enligt arbetsprincipen:

Synkron, där det finns lindningar på rotorn och en borstmekanism för att tillföra elektrisk ström till dem.
Asynkron, den enklaste och vanligaste typen av motor. De har inga borstar och lindningar på rotorn.

En synkronmotor roterar synkront med magnetfältet som roterar den, medan för en asynkronmotor roterar rotorn långsammare än det roterande magnetfältet i statorn.

Funktionsprincipen och enheten för en asynkron elektrisk motor

I ett asynkront paket motor, statorlindningar läggs (för 380 volt kommer det att finnas 3 av dem), vilket skapar ett roterande magnetfält. Deras ändar för anslutning förs ut till en speciell plint. Lindningarna kyls tack vare en fläkt monterad på axeln i änden av motorn.

Rotor, som är ett med skaftet, är gjorda av metallstänger som är stängda mot varandra på båda sidor, varför det kallas kortsluten.
Tack vare denna design finns det inget behov av frekvent periodiskt underhåll och byte av strömmatande borstar, tillförlitlighet, hållbarhet och tillförlitlighet ökar avsevärt.

Vanligtvis, huvudorsaken till misslyckande asynkronmotor är slitaget på lagren där axeln roterar.

Funktionsprincip. För att en asynkronmotor ska fungera är det nödvändigt att rotorn roterar långsammare än statorns elektromagnetiska fält, som ett resultat av vilket en EMF induceras (en elektrisk ström uppstår) i rotorn. Här viktigt tillstånd, om rotorn roterade med samma hastighet som magnetfältet, skulle, enligt lagen om elektromagnetisk induktion, ingen EMF induceras i den och därför skulle det inte finnas någon rotation. Men i verkligheten, på grund av lagerfriktion eller axelbelastning, kommer rotorn alltid att rotera långsammare.

De magnetiska polerna roterar konstant i motorlindningarna, och strömriktningen i rotorn förändras ständigt. Vid en tidpunkt visas till exempel strömriktningen i stator- och rotorlindningarna schematiskt i form av kors (strömmen flyter från oss) och punkter (ström till oss). Det roterande magnetfältet visas som en prickad linje.

Till exempel, hur fungerar en cirkelsåg. Hon har högsta hastighet utan belastning. Men så fort vi börjar skära brädan minskar rotationshastigheten och samtidigt börjar rotorn rotera långsammare i förhållande till det elektromagnetiska fältet och enligt elektroteknikens lagar börjar ett ännu större EMF-värde induceras i det. Strömmen som förbrukas av motorn ökar och den börjar arbeta med full effekt. Om belastningen på axeln är så stor att den stannar, kan skador på ekorrburens rotor uppstå på grund av det maximala värdet av EMF som induceras i den. Det är därför det är viktigt att välja en motor med lämplig effekt. Om du tar mer kommer energikostnaderna att vara obefogade.

Rotorhastighet beror på antalet stolpar. Med 2 poler blir rotationshastigheten lika med magnetfältets rotationshastighet, lika med max 3000 varv per sekund vid en nätfrekvens på 50 Hz. För att minska hastigheten med hälften är det nödvändigt att öka antalet poler i statorn till fyra.

En betydande nackdel med asynkron motorer är att de tjänas genom att justera rotationshastigheten för axeln endast genom att ändra frekvensen av den elektriska strömmen. Och så är det inte möjligt att uppnå en konstant axelhastighet.

Funktionsprincipen och enheten för en synkron AC-motor

Denna typ av elmotor används i vardagen där en konstant rotationshastighet krävs, möjligheten till dess justering, liksom om en rotationshastighet på mer än 3000 rpm krävs (detta är maxhastigheten för asynkron).

Synkronmotorer installeras i elverktyg, dammsugare, tvättmaskiner etc.

I fallet med en synkron AC-motorlindningar är placerade (3 i figuren), som också är lindade på rotorn eller ankaret (1). Deras slutsatser löds fast vid släpringens eller kollektorns (5) sektorer, som aktiveras med hjälp av grafitborstar (4). Dessutom är slutsatserna arrangerade så att borstarna alltid levererar spänning till endast ett par.

De vanligaste haverierna kollektormotorer är:

Borstslitage eller deras dåliga kontakt på grund av försvagningen av spännfjädern.
Samlarföroreningar. Rengör med antingen alkohol eller nollslippapper.
Lagerslitage.

Funktionsprincip. Vridmomentet i elmotorn skapas som ett resultat av interaktionen mellan ankarströmmen och det magnetiska flödet i fältlindningen. Med en förändring av växelströmmens riktning kommer riktningen för det magnetiska flödet också att ändras samtidigt i kroppen och ankaret, på grund av vilket rotationen alltid kommer att vara i samma riktning.

Lab #9

Ämne. Studiet av DC-motorn.

Mål: att studera enheten och principen för driften av elmotorn.

Utrustning: elmotormodell, strömkälla, reostat, nyckel, amperemeter, anslutningsledningar, ritningar, presentation.

UPPGIFTER:

1 . Studera enheten och principen för driften av elmotorn, med hjälp av en presentation, ritningar och en modell.

2 . Anslut motorn till en strömkälla och observera dess funktion. Om motorn inte fungerar, hitta orsaken, försök åtgärda problemet.

3 . Ange de två huvudelementen i enheten för elmotorn.

4 . På vilket fysiskt fenomen är verkan av en elmotor baserad?

5 . Ändra ankarets rotationsriktning. Skriv ner vad som behöver göras.

6. Samla elektrisk krets genom att seriekoppla en elmotor, en reostat, en strömkälla, en amperemeter och en nyckel. Ändra strömmen och observera elmotorns funktion. Ändras ankarets rotationshastighet? Skriv ner slutsatsen om beroendet av kraften som verkar på sidan av magnetfältet på spolen, av strömstyrkan i spolen.

7 . Elmotorer kan ha vilken effekt som helst, eftersom:

A) du kan ändra strömstyrkan i armaturlindningen;

B) du kan ändra induktorns magnetfält.

Ange rätt svar:

1) endast A är sant; 2) endast B är sant; 3) både A och B är sanna; 4) både A och B har fel.

8 . Lista fördelarna med en elmotor framför en värmemotor.

Laboratoriearbeten→ nummer 10

Studiet av likströmsmotorn (på modellen).

Mål: Bekanta dig med huvuddelarna av DC-elmotorn på modellen av denna motor.

Detta är kanske det mest okomplicerade arbetet för 8:e årskursen. Du behöver bara ansluta motormodellen till en strömkälla, se hur det fungerar och komma ihåg namnen på elmotorns huvuddelar (armatur, induktor, borstar, halvringar, lindning, axel).

Den elektriska motorn som läraren erbjuder dig kan likna den som visas i figuren, eller den kan ha ett annat utseende, eftersom det finns många alternativ för skolelektriska motorer. Detta är inte av grundläggande betydelse, eftersom läraren förmodligen kommer att berätta i detalj och visa hur modellen ska hanteras.

Vi listar huvudorsakerna till att en korrekt ansluten elmotor inte fungerar. Öppen krets, brist på kontakt mellan borstarna och halvringarna, skada på ankarlindningen. Om du i de två första fallen är ganska kapabel att klara dig själv, i händelse av en vindlande paus, måste du kontakta läraren. Innan du slår på motorn, se till att dess armatur kan rotera fritt och ingenting stör den, annars kommer elmotorn, när den slås på, att avge ett karakteristiskt surr, men kommer inte att rotera.

Problemets tillstånd: Laboratoriearbete nr 10. Studiet av en elektrisk likströmsmotor (på modell).

Uppgift från
Reshebnik i fysik, årskurs 8, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
för 1998
Online fysik resursbok
för årskurs 8
Laboratoriearbeten
- rum
10

Studiet av likströmsmotorn (på modellen).

Syftet med arbetet: Att bekanta sig med huvuddetaljerna för DC-elmotorn på modellen av denna motor.

Vet du inte hur du ska bestämma dig? Kan du hjälpa till med en lösning? Kom in och fråga.

←Labb nr 9. Montera en elektromagnet och testa dess funktion. Lab nr 11. Ta en bild med en lins.-