Розбираємося в принципах роботи електродвигунів: переваги та недоліки різних видів. Розбираємося в принципах роботи електродвигунів: переваги та недоліки різних видів Вивчення роботи електродвигуна постійного струму

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій створіть собі аккаунт (обліковий запис) Google і увійдіть в нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

На малюнках визначте напрямок сили Ампера, напрямки струму в провіднику, напрямки ліній магнітного поля, полюса магніту. N S F = 0 Згадаймо.

Лабораторна робота № 11 Вивчення електричного двигуна постійного струму (на моделі). Мета роботи: познайомитися на моделі електродвигуна постійного струму з його пристроєм і роботою. Прилади й матеріали: модель електродвигуна, лабораторний джерело живлення, ключ, з'єднувальні дроти.

Правила техніки безпеки. На столі не повинно бути ніяких сторонніх предметів. Увага! Електричний струм! Ізоляція провідників повинна бути не порушена. Не вмикайте ланцюг без дозволу вчителя. Не торкайтеся руками до обертових деталей електродвигуна. Довге волосся необхідно прибрати так, щоб вони не потрапили в обертові частини двигуна. Після виконання роботи робоче місце привести в порядок, ланцюг розімкнути і розібрати.

Порядок виконання роботи. 1.Рассмотріте модель електродвигуна. Вкажіть на малюнку 1 основні його частини. 1 2 3 Рис.1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ______________________________

2.Соберіте електричний ланцюг, що складається з джерела струму, моделі електродвигуна, ключа, з'єднавши всі послідовно. Накресліть схему ланцюга.

3. Наведіть двигун в обертання. Якщо двигун не працює, знайдіть причини і усуньте їх. 4. Змініть напрямок струму в ланцюзі. Спостерігайте за обертанням рухомої частини електродвигуна. 5.Сделайте висновок.

Література: 1. Фізика. 8 кл.: Навч. для загальноосвіт. установ / А.В.Перишкін.-4-е изд., доработ.-М.: Дрофа, 2008. 2. Фізика. 8 кл.: Навч. Для загальноосвіт. установ / Н.С.Пуришева, Н.Е.Важеевская.-2-е изд., стереотіп.-М.: Дрофа, 2008. 3. Лабораторні роботи та контрольні завдання з фізики: Зошит для учнів 8-го класса.-Саратов: Ліцей, 2009. 4 .Тетрадь для лабораторних робіт. Сарахман І.Д. МОУ СЗШ №8 г.Моздока РСО-Аланія. 5 .Лабораторние роботи в школі і вдома: механіка / В.Ф.Шілов.-М.: Просвещение, 2007. 6 .Сборнік завдань з фізики. 7-9 класи: посібник для учнів загальноосвіт. установ / В.І.Лукашік, Е.В. Іванова.-24-е изд.: Просвещение, 2010 року.

Попередній перегляд:

Лабораторна робота № 11

(На моделі)

Мета роботи

Прилади й матеріали

Хід роботи.

Лабораторна робота № 11

Вивчення електричного двигуна постійного струму

(На моделі)

Мета роботи : Познайомитися на моделі електродвигуна постійного струму з його пристроєм і роботою.

Прилади й матеріали: Модель електродвигуна, лабораторний джерело живлення, ключ, з'єднувальні дроти.

Правила техніки безпеки.

На столі не повинно бути ніяких сторонніх предметів. Увага! Електричний струм! Ізоляція провідників повинна бути не порушена. Не вмикайте ланцюг без дозволу вчителя. Не торкайтеся руками до обертових деталей електродвигуна.

Тренувальні завдання і питання

1.На якому фізичному явищі заснована дія електричного двигуна?

2.Каково переваги електричних двигунів в порівнянні з тепловими?

3. Де використовується електричні двигуни постійного струму?

Хід роботи.

1.Рассмотріте модель електродвигуна. Вкажіть на малюнку 1 основні його частини.

рис.1

Зробіть висновок.

3. Наведіть двигун в обертання. Якщо двигун не працює, знайдіть причини і усуньте їх.

4. Змініть напрямок струму в ланцюзі. Спостерігайте за обертанням рухомої частини електродвигуна.

рис.1

струму »

Місце уроку в робочій програмі: 55 урок, один з уроків теми «Електромагнітні явища».

Мета уроку:Пояснити будову та принцип дії електричного двигуна.

завдання:

вивчити електричний двигун, з використанням практичного методу - виконання лабораторної роботи.

навчитися застосовувати отримані знання в нестандартних ситуаціях для вирішення завдань;

для розвитку мислення учнів продовжити відпрацювання розумових операцій аналізу, порівняння та синтезу.

продовжити формування пізнавального інтересу учнів.

Методична мета:застосування здоров'язберігаючих технологій на уроках фізики.

Форми роботи і види діяльності на уроці: перевірка знань з урахуванням індивідуальних особливостей учнів; лабораторна робота проводиться в мікрогрупах (парами), актуалізація знань учнів в ігровій формі; пояснення нового матеріалу у формі бесіди з демонстраційним експериментом, цілепокладання і рефлексія.

Хід уроку

1) Перевірка домашнього завдання.

Самостійна робота (різнорівнева) проводиться протягом перших 7 хвилин уроку.

1 рівень.

2 рівень.

3 рівень.

2). Вивчення нового матеріалу. (15 хвилин).

Учитель повідомляє тему уроку, учні формують мета.

Актуалізація знань. Гра «так» і «ні»

Учитель читає фразу, якщо учні згодні з твердженням вони встають, якщо немає - сидять.

Магнітне поле утворюється постійними магнітами або електричним струмом.
Магнітних зарядів в природі немає.
Південний полюс магнітної стрілки вказує південний географічний полюс Землі.
Електромагнітом називається котушка з залізним сердечником всередині.
Силові лінії магнітного поля направлені зліва направо.
Лінії, уздовж яких в магнітному полі встановлюються магнітні стрілки називаються магнітними лініями.

План викладу.

Дія магнітного поля на провідник зі струмом.
Залежність напрямку руху провідника від напрямку струму в ньому і від розташування полюсів магніту.
Пристрій і дію найпростішого колекторного електродвигуна.

Демонстрації.

Рух провідника і рамки зі струмом у магнітному полі.
Пристрій і принцип дії електродвигуна постійного струму.

3.Лабораторная робота № 9. (робота в мікрогруппах- парами).

Інструктаж з техніки безпеки.

Робота виконується за описом в підручнику стор.176.

4Заключна етап уроку.

Завдання.Два електронних пучка відштовхуються, а два паралельних дроти, по яких тече струм в одному напрямку притягуються. Чому? Чи можна створити умови, при яких ці провідники теж будуть відштовхуватися?

Рефлексія.

Що нового дізналися? Чи потрібні ці знання в повсякденному житті?

питання:

Від чого залежить швидкість обертання ротора в електродвигуні?

Що називається електричним двигуном?

П . 61, скласти кросворд на тему «електромагнітні явища.

Додаток.

1 рівень.

1.Як взаємодіють різнойменні і однойменні полюси магнітів?

2. Чи можна розрізати магніт так, щоб один з отриманих магнітів мав лише північний полюс, а інший - тільки південний?

2 рівень.

Чому корпус компаса роблять з міді, алюмінію, пластмаси та інших матеріалів, але не з заліза?

Чому сталеві рейки і смуги, що лежать на складі, через деякий час виявляються намагніченими?

3 рівень.

1.Нарісуйте магнітне поле подковообразного магніту і вкажіть напрямок силових ліній.

2. До південного полюса магніту притягнулися дві шпильки. Чому їх вільні кінці відштовхуються?

1 рівень.

1.Як взаємодіють різнойменні і однойменні полюси магнітів?

2 рівень.

Чому корпус компаса роблять з міді, алюмінію, пластмаси та інших матеріалів, але не з заліза?

Чому сталеві рейки і смуги, що лежать на складі, через деякий час виявляються намагніченими?

3 рівень.

1.Нарісуйте магнітне поле подковообразного магніту і вкажіть напрямок силових ліній.

2. До південного полюса магніту притягнулися дві шпильки. Чому їх вільні кінці відштовхуються?

МКОУ «Аллакская ЗОШ»

Відкритий урок фізики в 8 класі на тему «Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Електричний двигун. Лабораторна робота № 9 «Вивчення електричного двигуна постійного струму ».

Підготувала і провела: вчитель першої категорії Таранушенко Єлизавета Олександрівна.

вивчити будову, принцип дії, характеристики електродвигуна постійного струму;

набути практичних навичок пуску, експлуатації і зупинки електродвигуна постійного струму;

експериментально дослідити теоретичні відомості про характеристики електродвигуна постійного струму.

Основні теоретичні положення

Електродвигун постійного струму - електрична машина, призначена для перетворення електричної енергії в механічну.

Пристрій електродвигуна постійного струму не має відмінностей від генератора постійного струму. Ця обставина робить електричні машини постійного струму оборотними, тобто дозволяє їх використовувати як в генераторному, так і в руховому режимах. Конструктивно електродвигун постійного струму має нерухомі і рухомі елементи, які показані на рис. 1.

Нерухома частина - статор 1 (станина) виготовлений із сталевого литва, складається з головних 2 і додаткових 3 полюсів з обмотками збудження 4 і 5 і щіткової траверси зі щітками. Статор виконує функцію муздрамтеатру. За допомогою головних полюсів створюється постійне в часі і нерухоме в просторі магнітне поле. Додаткові полюси розміщуються між головними полюсами і покращують умови комутації.

Рухомою частиною електродвигуна постійного струму є ротор 6 (якір), який розміщується на обертовому валі. Якір також грає роль муздрамтеатру. Він набраний з тонких, електрично ізольованих один від одного, тонких листів електротехнічної сталі з підвищеним вмістом кремнію, що дозволяє зменшити втрати потужності. У пазах якоря запресовані обмотки 7, висновки яких з'єднуються з пластинами колектора 8, розміщеними на цьому ж валу електродвигуна (див. Рис. 1).

Розглянемо принцип роботи електродвигуна постійного струму. Підключення постійної напруги до затискачів електричної машини викликає одночасне виникнення в обмотках збудження (статора) і в обмотках якоря струму (рис. 2). В результаті взаємодії струму якоря з магнітним потоком, створюваним обмоткою збудження в статорі виникає сила f, Що визначається згідно із законом Ампера . Напрямок цієї сили визначається правилом лівої руки (рис. 2), згідно з яким вона орієнтується перпендикулярно як до току i(В обмотці якоря), так і до вектора магнітної індукції В(Створюваної обмоткою збудження). В результаті на ротор діє пара сил (рис. 2). На верхню частину ротора сила діє вправо, на нижню - вліво. Ця пара сил створює крутний момент, під дією якого якір приводиться в обертання. Величина виникає електромагнітного моменту виявляється рівною

M = cм Iя Ф,

де зм - коефіцієнт, що залежить від конструкції обмотки якоря і числа полюсів електродвигуна; Ф- магнітний потік однієї пари головних полюсів електродвигуна; Iя - ток якоря двигуна. Як випливає з рис. 2, поворот обмоток якоря супроводжується одночасною зміною полярності на колекторних пластинах. Напрямок струму в витках обмотки якоря змінюється на протилежне, але магнітний потік обмоток збудження зберігає колишній напрям, що і обумовлює незмінність напрямку сил f, А значить, і обертального моменту.

Обертання якоря в магнітному полі призводить до появи в його обмотці ЕРС, напрямок якої визначається вже за правилом правої руки. В результаті для представленої на рис. 2 конфігурації полів і сил в обмотці якоря виникне індукційний струм, спрямований протилежно основному току. Тому виникає ЕРС називається протівоедс. Величина її дорівнює

E = з e nф,

де n- частота обертання якоря електродвигуна; з e - коефіцієнт, що залежить від конструктивних елементів машини. Ця ЕРС погіршує робочі характеристики електродвигуна.

Струм в якорі створює магнітне поле, яке впливає на магнітне поле головних полюсів (статора), що називається реакцією якоря. У режимі холостого ходу машини магнітне поле створюється тільки головними полюсами. Це поле симетрично щодо осей цих полюсів і співвісно з ними. При підключенні до двигуна навантаження за рахунок струму в обмотці якоря створюється магнітне поле - поле якоря. Ось цього поля буде перпендикулярна осі головних полюсів. Так як при обертанні якоря розподіл струму в провідниках якоря залишається незмінним, то поле якоря залишається нерухомим в просторі. Додавання цього поля з полем головних полюсів дає результуюче поле, яке розгортається на кут  проти напрямку обертання якоря. В результаті зменшується крутний момент, так як частина провідників потрапляє в зону полюса протилежної полярності і створює гальмівний момент. При цьому відбувається іскріння щіток і обгорання колектора, виникає поздовжнє розмагнічуюче поле.

З метою зменшення впливу реакції якоря на роботу машини в нього вбудовують додаткові полюси. Обмотки таких полюсів включаються послідовно з основною обмоткою якоря, але зміна напрямок намотування в них викликає поява магнітного поля, спрямованого проти магнітного поля якоря.

Для зміни напрямку обертання електродвигуна постійного струму необхідно змінити полярність напруги, що підводиться до якоря або обмотки збудження.

Залежно від способу включення обмотки збудження розрізняють електродвигуни постійного струму з паралельним, послідовним і змішаним збудженням.

У двигунів з паралельним збудженням обмотка розрахована на повне напруга мережі живлення і включається паралельно ланцюга якоря (рис. 3).

Двигун з послідовним збудженням має обмотку збудження, яка включається послідовно з якорем, тому ця обмотка розрахована на повний струм якоря (рис. 4).

Двигуни зі змішаним збудженням мають дві обмотки, одна включається паралельно, інша - послідовно з якорем (рис. 5).

Мал. 3 Рис. 4

При пуску електродвигунів постійного струму (незалежно від способу збудження) шляхом прямого включення в мережу живлення виникають значні пускові струми, які можуть привести до виходу їх з ладу. Це відбувається в результаті виділення значної кількості теплоти в обмотці якоря і подальшого порушення її ізоляції. Тому пуск двигунів постійного струму виробляється спеціальними пусковими пристроями. У більшості випадків для цих цілей застосовується найпростіше пусковий пристрій - пусковий реостат. Процес пуску електродвигуна постійного струму з пусковим реостатом показаний на прикладі двигуна постійного струму з паралельним збудженням.

Виходячи з рівняння, складеного відповідно до другого закону Кірхгофа для лівої частини електричного кола (див. Рис. 3), пусковий реостат повністю виведений ( Rпуск = 0), струм якоря

де U- напруга, що підводиться до електродвигуна; Rя - опір обмотки якоря.

У початковий момент пуску електродвигуна частота обертання якоря n= 0, тому протівоелектродвіжущая сила, що наводиться в обмотці якоря, відповідно до отриманого раніше виразом також буде дорівнює нулю ( Е= 0).

Опір обмотки якоря Rя - величина досить мала. Для того щоб обмежити можливий при цьому неприпустимо великий струм в ланцюзі якоря при пуску, послідовно з якорем незалежно від способу збудження двигуна включається пусковий реостат (пусковий опір Rпуск). В цьому випадку пусковий струм якоря

Опір пускового реостата Rпуск розраховують для роботи тільки на час пуску і підбирають таким чином, щоб пусковий струм якоря електродвигуна не перевищував допустимого значення ( Iя, пуск 2 Iя, ном). У міру розгону електродвигуна ЕРС, що наводиться в обмотці якоря, внаслідок зростання частоти його обертання n зростає ( Е=з e nф). В результаті цього ток якоря при інших рівних умовах зменшується. При цьому опір пускового реостата R пускв міру розгону якоря електродвигуна необхідно поступово зменшувати. Після закінчення розгону двигуна до номінального значення частоти обертання якоря ЕРС зростає настільки, що пусковий опір може бути зведене до нуля, без небезпеки значного зростання струму якоря.

Таким чином, пусковий опір Rпуск в ланцюзі якоря необхідно тільки при пуску. У процесі нормальної роботи електродвигуна воно повинно бути відключено, по-перше, тому, що розраховане на короткочасну роботу під час пуску, по-друге, при наявності пускового опору в ньому будуть виникати теплові втрати потужності, рівні Rпуск I 2 я, істотно знижують ККД електродвигуна.

Для електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням відповідно до другого закону Кірхгофа для якірного ланцюга рівняння електричної рівноваги має вигляд

З урахуванням виразу для ЕРС ( Е=з e nф), Записавши отриману формулу щодо частоти обертання, отримуємо рівняння частотної (швидкісний) характеристики електродвигуна n(Iя):

З нього випливає, що при відсутності навантаження на валу і струмі якоря Iя = 0 частота обертання електродвигуна при даному значенні напруги живлення

Частота обертання електродвигуна n 0 є частотою обертання ідеального холостого ходу. Крім параметрів електродвигуна вона залежить також від значення напруги, що підводиться і магнітного потоку. Зі зменшенням магнітного потоку при інших рівних умовах частота обертання ідеального холостого ходу зростає. Тому в разі обриву ланцюга обмотки збудження, коли струм збудження стає рівним нулю ( Iв = 0), магнітний потік двигуна знижується до значення, рівного значенню залишкового магнітного потоку Фост. При цьому двигун "йде в рознос", розвиваючи частоту обертання, на багато більшу номінальної, що становить певну небезпеку як для двигуна, так і для обслуговуючого персоналу.

Частотна (швидкісна) характеристика електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням n(Iя) при постійному значенні магнітного потоку Ф=constі постійному значенні напруги, що підводиться U = constмає вигляд прямої (Рис. 6).

З розгляду цієї характеристики видно, що зі збільшенням навантаження на валу, т. Е. Зі збільшенням струму якоря Iя частота обертання електродвигуна зменшується на значення, пропорційне падіння напруги на опорі ланцюга якоря Rя.

Висловлюючи в рівняннях частотних характеристик струм якоря через електромагнітний момент двигуна М =зм Iя Ф, Отримаємо рівняння механічної характеристики, т. Е. Залежно n(М) при U = constдля двигунів з паралельним збудженням:

Нехтуючи впливом реакції якоря в процесі зміни навантаження, можна прийняти електромагнітний момент двигуна пропорційним струму якоря. Тому механічні характеристики двигунів постійного струму мають такий же вигляд, як і відповідні частотні характеристики. Електродвигун з паралельним збудженням має жорстку механічну характеристику (рис. 7). З цієї характеристики видно, що його частота обертання з ростом моменту навантаження знижується незначно, так як струм збудження при паралельному включенні обмотки збудження і відповідно магнітний потік двигуна залишаються практично незмінними, а опір ланцюга якоря відносно мало.

Робочі характеристики двигунів постійного струму є залежності частоти обертання n, моменту М, Струму якоря Iя і ККД () від корисної потужності на валу Р 2 електродвигуна, т. е. n(Р 2),М(Р 2),Iя ( Р 2),(Р 2) при постійній напрузі на його затискачах U=const.

Робочі характеристики електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням представлені на рис. 8. З цих характеристик видно, що частота обертання nелектродвигунів з паралельним збудженням зі збільшенням навантаження трохи зменшується. Залежність корисного моменту на валу двигуна від потужності Р 2 являє собою майже пряму лінію, так як момент цього двигуна пропорційний навантаженні на валу: М=kР 2 / n. Викривлення зазначеної залежності пояснюється деяким зниженням частоти обертання зі збільшенням навантаження.

при Р 2 = 0 струм, споживаний електродвигуном, дорівнює току холостого ходу. При збільшенні потужності струм якоря збільшується приблизно по тій же залежності, що і момент навантаження на валу, так як за умови Ф=constток якоря пропорційний моменту навантаження. ККД електродвигуна визначають як відношення корисної потужності на валу до потужності, споживаної з мережі:

де Р 2 - корисна потужність на валу; Р 1 =UI- потужність, споживана електродвигуном з мережі живлення; РЕя = I 2 я Rя - електричні втрати потужності в ланцюзі якоря, Рев = UIв, = I 2 в Rв - електричні втрати потужності в ланцюзі збудження; Рхутро - механічні втрати потужності; Рм - втрати потужності на гістерезис і вихрові струми.

Важливим є також можливість регулювання частоти обертання електродвигунів постійного струму. Аналіз виразів для частотних характеристик показує, що частоту обертання електродвигунів постійного струму можна регулювати кількома способами: включенням додаткового опору Rдоб в ланцюг якоря, зміною магнітного потоку Фі зміною напруги U,підводиться до двигуна.

Одним з найбільш поширених є спосіб регулювання частоти обертання включенням в ланцюг якоря електродвигуна додаткового опору. Зі збільшенням опору в ланцюзі якоря при інших рівних умовах відбувається зниження частоти обертання. При цьому чим більше опір в ланцюзі якоря, тим менше частота обертання електродвигуна.

При постійній напрузі мережі живлення і незмінному магнітному потоці в процесі зміни значення опору якірного ланцюга можна отримати сімейство механічних характеристик, наприклад, для електродвигуна з паралельним збудженням (рис. 9).

Перевага розглянутого способу регулювання полягає в його відносній простоті і можливості отримати плавну зміну частоти обертання в широких межах (від нуля до номінального значення частоти nном). До недоліків цього способу слід віднести те, що мають місце значні втрати потужності в додатковому опорі, що збільшуються зі зменшенням частоти обертання, а також необхідність використання додаткової регулюючої апаратури. Крім того, цей спосіб не дозволяє регулювати частоту обертання електродвигуна вгору від її номінального значення.

Зміни частоти обертання електродвигуна постійного струму можна досягти і в результаті зміни значення магнітного потоку збудження. При зміні магнітного потоку відповідно до рівнянням частотної характеристики для двигунів постійного струму з паралельним збудженням при постійному значенні напруги мережі живлення і незмінному значенні опору якірного ланцюга можна отримати сімейство механічних характеристик, представлених на рис. 10.

Як видно з цих характеристик, зі зменшенням магнітного потоку частота обертання ідеального холостого ходу електродвигуна n 0 зростає. Так як при частоті обертання, що дорівнює нулю, струм якоря електродвигуна, т. Е. Пусковий струм, не залежить від магнітного потоку, то частотні характеристики сімейства не будуть паралельні один одному, причому жорсткість характеристик зменшується зі зменшенням магнітного потоку (збільшення магнітного потоку двигуна зазвичай не проводиться, так як при цьому струм обмотки збудження перевищує допустимий, т. е. номінальне, його значення). Таким чином, зміна магнітного потоку дозволяє регулювати частоту обертання електродвигуна тільки вгору від номінального її значення, що є недоліком даного способу регулювання.

До недоліків цього способу слід віднести також відносно невеликий діапазон регулювання внаслідок наявності обмежень по механічної міцності і комутації електродвигуна. Перевагою даного способу регулювання є його простота. Для двигунів з паралельним збудженням це досягається зміною опору регулювального реостата R рв ланцюзі збудження.

У двигунів постійного струму з послідовним збудженням зміна магнітного потоку досягається шунтуванням обмотки збудження опором, які мають відповідне значення, або замиканням накоротко певної кількості витків обмотки збудження.

Широке застосування, особливо в електроприводах, побудованих за системою генератор - двигун, отримав спосіб регулювання частоти обертання шляхом зміни напруги на затискачах якоря двигуна. При постійних магнітному потоці і опорі кола якоря в результаті зміни напруги на якорі можна отримати сімейство частотних характеристик.

Як приклад на рис. 11 представлено таке сімейство механічних характеристик для електродвигуна з паралельним збудженням.

Зі зміною напруги, що підводиться частота обертання ідеального холостого ходу n 0 відповідно до наведеного раніше виразом змінюється пропорційно напрузі. Так як опір ланцюга якоря залишається незмінним, то жорсткість сімейства механічних характеристик не відрізняється від жорсткості природної механічної характеристики при U=Uном.

Перевагою розглянутого способу регулювання є широкий діапазон зміни частоти обертання без збільшення втрат потужності. До недоліків даного способу слід віднести те, що при цьому необхідний джерело регульованого напруги живлення, а це призводить до збільшення маси, габаритів і вартості установки.

Електродвигуни - це пристрої, в яких електрична енергія перетворюється в механічну. В основі принципу їх дії лежить явище електромагнітної індукції.

Однак способи взаємодії магнітних полів, які змушують обертатися ротор двигуна, істотно розрізняються в залежності від типу напруги живлення - змінного або постійного.

В основі принципу роботи електродвигуна постійного струму лежить ефект відштовхування однойменних полюсів постійних магнітів і притягання різнойменних. Пріоритет її винаходу належить російському інженеру Б. С. Якобі. Перша промислова модель двигуна постійного струму була створена в 1838 році. З тих пір його конструкція не зазнала кардинальних змін.

У двигунах постійного струму невеликої потужності один з магнітів є фізично існуючим. Він закріплений безпосередньо на корпусі машини. Другий створюється в обмотці якоря після підключення до неї джерела постійного струму. Для цього використовується спеціальний пристрій - колекторно-щітковий вузол. Сам колектор - це струмопровідні кільце, закріплене на валу двигуна. До нього підключені кінці обмотки якоря.

Щоб виник крутний момент, необхідно безперервно міняти місцями полюси постійного магніту якоря. Відбуватися це повинно в момент перетину полюсом так званої магнітної нейтрали. Конструктивно така задача вирішується поділом кільця колектора на сектори, розділені діелектричними пластинами. Кінці обмоток якоря приєднуються до них по черзі.

Щоб з'єднати колектор з мережею живлення використовуються так звані щітки - графітові стрижні, що мають високу електричну провідність і малий коефіцієнт тертя ковзання.

Обмотки якоря не підключені до мережі живлення, а за допомогою колекторно-щіткового вузла з'єднані з пусковим реостатом. Процес включення такого двигуна складається з з'єднання з мережею живлення і поступового зменшення до нуля активного опору в ланцюзі якоря. Електромотор включається плавно і без перевантажень.

Особливості використання асинхронних двигунів в однофазної ланцюга

Незважаючи на те, що обертається магнітне поле статора найпростіше отримати від трифазного напруги, принцип дії асинхронного електродвигуна дозволяє йому працювати і від однофазної, побутової мережі, якщо в їх конструкцію буде внесено деякі зміни.

Для цього на статорі повинно бути дві обмотки, одна з яких є «пусковий». Струм в ній зсувається по фазі на 90 ° за рахунок включення в ланцюг реактивної навантаження. Найчастіше для цього

Практично повна синхронність магнітних полів дозволяє двигуну набирати обертів навіть при значних навантаженнях на валу, що і потрібно для роботи дрилів, перфораторів, пилососів, «болгарок» або полотерной машин.

Якщо в живильну ланцюг такого двигуна включений регульований, то частоту його обертання можна плавно змінювати. А ось напрямок, при харчуванні від ланцюга змінного струму, змінити не вдасться ніколи.

Такі електромотори здатні розвивати дуже високі обороти, компактні і мають більший крутний момент. Однак наявність колекторно-щіткового вузла знижує їх моторесурс - графітові щітки досить швидко стираються на високих оборотах, особливо якщо колектор має механічні пошкодження.

Електродвигуни мають найбільший ККД (більше 80%) з усіх пристроїв, створених людиною. Їх винахід в кінці XIX століття цілком можна вважати якісним цивілізаційним стрибком, адже без них неможливо уявити життя сучасного суспільства, заснованого на високих технологіях, а чого-небудь більш ефективного поки ще не придумано.

Синхронний принцип роботи електродвигуна на відео

1. Мета роботи:Вивчити особливості пуску, механічну характеристику і способи регулювання частоти обертання двигуна постійного струму зі змішаним збудженням.

Адан.

2.1. до самостійної роботи:

Вивчити особливості конструкції, схеми включення двигунів постійного струму;

Вивчити методику отримання механічних характеристик двигуна постійного струму;

Ознайомитися з особливостями пуску і регулювання частоти обертання двигуна постійного струму;

Викреслити принципові схеми для вимірювання опорів ланцюга якоря і обмоток збудження (рис.6.4) і випробування двигуна (рис.6.2);

Використовуючи рис. 6.2 і 6.3 скласти монтажну схему;

Викреслити форми таблиць 6.1 ... 6.4;

Підготувати усні відповіді на контрольні питання.

2.2. до роботи в лабораторії:

Ознайомитися з лабораторною установкою;

Записати в таблицю 6.1. паспортні дані двигуна;

Виміряти опір ланцюга якоря і обмоток збудження. Дані записати в таблицю 6.1;

Зібрати схему і провести дослідження двигуна, дані записати в таблиці 6.2, 6.3, 6.4;

Побудувати природну механічну характеристику n = f (M) і швидкісні характеристики n = f (I B) і n = f (U);

Зробити висновки за результатами дослідження.

Загальні відомості.

Двигуни постійного струму на відміну від двигунів змінного струму (перш за все асинхронних) мають велику кратність пускового моменту і перевантажувальну здатність, забезпечують плавне регулювання частоти обертання робочої машини. З цього вони застосовуються для приводу машин і механізмів з важкими умовами пуску (наприклад, в якості стартерів в двигунах внутрішнього згоряння), а також при необхідності регулювання частоти обертання в великих межах (механізми подачі верстатів, обкатному-гальмівні стенди, електрифіковані транспортні засоби).

Конструктивно двигун складається з нерухомого вузла (індуктора) і обертового вузла (якоря). На муздрамтеатрі індуктора розташовані обмотки збудження. У двигуні змішаного збудження їх дві: паралельна з висновками Ш 1 і Ш2 і послідовна з висновками С1 і С2 (рис.6.2). Опір паралельної обмотки R овш становить в залежності від потужності двигуна від декількох десятків до сотень Ом. Вона виконана проводом малого перетину з великим числом витків. Послідовна обмотка має малий опір R obc (зазвичай від декількох Ом до часткою Ома), тому що складається з невеликого числа витків дроту великого перетину. Індуктор служить для створення магнітного потоку збудження при харчуванні його обмоток постійним струмом.

Обмотка якоря розміщена в пазах магнітопроводу і виведена на колектор. За допомогою щіток її висновки Я I і Я 2 підключаються до джерела постійного струму. Опір обмотки якоря R Я невелика (Оми або частки Ома).

Момент, що обертає М двигуна постійного струму створюється при взаємодії струму якоря I я з магнітним потоком збудження Ф:

М = К × Iя × Ф, (6.1)

де К - постійний коефіцієнт, що залежить від конструкції двигуна.

При обертанні якоря його обмотка перетинає магнітний потік збудження і в ній індукується ЕРС Е, пропорційна частоті обертання n:

Е = С × n × Ф, (6.2)

де С - постійний коефіцієнт, що залежить від конструкції двигуна.

Струм в ланцюзі якоря:

I Я = (U-Е) / (R Я + R ОВС) = (U-С × n × Ф) / (R Я + R ОВС), (6.3)

Вирішуючи спільно вираження 6.1 і 6.3 щодо п, знаходять аналітичний вираз механічної характеристики двигуна n = F (М). Її графічне зображення наведено на малюнку 6.1.

Мал. 6.1. Механічна характеристика двигуна постійного струму змішаного збудження

Точка А відповідає роботі двигуна вхолосту з частотою обертання n о. Зі збільшенням механічного навантаження частота обертання знижується, а крутний момент зростає, досягаючи в точці В номінального значення М H. На ділянці ВС двигун працює з перевантаженням. Струм I я перевищує номінальну величину, що призводить до швидкого нагріву обмоток якоря і ОВС, збільшується іскріння на колекторі. Максимальний момент М mах (точка С) обмежується умовами роботи колектора і механічною міцністю двигуна.

Продовжуючи механічну характеристику до перетину в точці Д "з віссю крутного моменту ми отримали б значення пускового моменту при прямому включенні двигуна в мережу. ЕРС Е дорівнює нулю і струм в ланцюзі якоря відповідно до формули 6.3 різко зростає.

Для зниження пускового струму послідовно в ланцюг якоря включають пусковий реостат Rx (рис. 6.2) з опором:

Rx = U H / (1.3 ... 2.5) × I Я.М. - (R Я - R obc), (6.4)

де U h - номінальна напруга мережі;

I Я.М. - номінальний струм якоря.

Зниження струму якоря до (1.3 ... 2.5) × I Я.М. забезпечує достатній початковий пусковий момент Мп (точка Д). У міру розгону двигуна опір Rx зменшують до нуля, підтримуючи приблизно постійну величину Мп (ділянка СД).

Реостат R В в ланцюзі паралельної обмотки збудження (рис. 6.2) дозволяє регулювати величину магнітного потоку Ф (формула 6.1). Перед пуском двигуна його повністю виводять для отримання необхідного пускового моменту при мінімальному струмі якоря.

Використовуючи формулу 6.3, визначимо частоту обертання двигуна

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

в якій R Я, R obc і С є постійними величинами, а U, I Я і Ф можна змінювати. Звідси випливає три можливі способи регулювання частоти обертання двигуна:

Зміною величини напруги, що підводиться;

Зміною величини струму якоря за допомогою регулювального реостата Rx, який на відміну від пускового розраховується на тривалий режим роботи;

Зміною величини магнітного потоку збудження Ф, який пропорційний току в обмотках ОВШ і ОВС. У паралельній обмотці його можна регулювати реостатом R b. Опір R b приймають в залежності від необхідних меж регулювання частоти обертання R В = (2 ... 5) R obш.

У табличці двигуна вказується номінальна частота обертання, яка відповідає номінальній потужності на валу двигуна при номінальній напрузі мережі і виведених опорах реостатов R X і R B.