1. A munka célja: Tanulmányozni az indítás jellemzőit, a mechanikai jellemzőket és a motor fordulatszám szabályozásának módszereit egyenáram vegyes izgalommal.

Adania.

2.1. önálló munkához:

A tervezési jellemzők, az egyenáramú motorok bekapcsolására szolgáló áramkörök tanulmányozása;

Tanulmányozni az egyenáramú motor mechanikai jellemzőinek megszerzésének módszerét;

Ismerkedjen meg az egyenáramú motor indításának és sebességének szabályozásával;

húz kapcsolási rajzok az armatúra áramkör és a gerjesztő tekercsek ellenállásának mérésére (6.4. ábra) és a motor tesztelésére (6.2. ábra);

ábra segítségével. 6.2 és 6.3 összeállítás kapcsolási rajz;

Rajzolja le a 6.1 ... 6.4 táblázatok alakját;

Készítsen szóbeli válaszokat az ellenőrző kérdésekre.

2.2. laboratóriumban dolgozni:

Megismerkedett laboratóriumi létesítmény;

Jegyezze fel a 6.1 táblázatban. a motor útlevéladatai;

Mérje meg az armatúra áramkör és a terepi tekercsek ellenállását. Rögzítse az adatokat a 6.1 táblázatban;

Szerelje össze az áramkört és végezze el a motor vizsgálatát, írja le az adatokat a 6.2, 6.3, 6.4 táblázatokba;

Készítsen természetes mechanikai karakterisztikát n=f(M) és sebességkarakterisztikát n=f(I B) és n=f(U);

A vizsgálat eredményeiből vonjon le következtetéseket!

Általános információ.

Az egyenáramú motorok a váltakozó áramú (elsősorban aszinkron) motorokkal ellentétben nagy indítási nyomatékaránnyal és túlterhelési kapacitással rendelkeznek, és a munkagép fordulatszámának zökkenőmentes szabályozását biztosítják. Ezért nehéz indítási feltételekkel rendelkező gépek és mechanizmusok meghajtására használják (például belső égésű motorok indítóként), valamint szükség esetén a fordulatszám széles tartományban történő szabályozására (szerszámgép előtoló mechanizmusok, futó- fékállványok, villamosított járművek).

Szerkezetileg a motor egy rögzített egységből (induktor) és egy forgó egységből (armatúrából) áll. A gerjesztő tekercsek az induktor mágneses áramkörén találhatók. Ebből kettő van egy vegyes gerjesztésű motorban: párhuzamos az Sh 1 és Sh2 tűkkel és soros a C1 és C2 tűkkel (6.2. ábra). A párhuzamos tekercselés R ovsh ellenállása a motor teljesítményétől függően több tíz és több száz ohm között van. Kis dróttal készül egy nagy szám fordul. A soros tekercs alacsony ellenállású R obc (általában néhány ohmtól az ohm töredékéig), mert kis számú, nagy keresztmetszetű huzalfordulatból áll. Az induktor mágneses gerjesztő fluxus létrehozására szolgál, amikor a tekercseit egyenáram táplálja.

Az armatúra tekercset a mágneses áramkör hornyaiba helyezzük és a kollektorba visszük. Az I I és I 2 következtetéseit kefék segítségével egyenáramú forráshoz kötjük. Az R I armatúra tekercs ellenállása kicsi (Ohm vagy Ohm töredéke).

Az egyenáramú motor M nyomatékát az Ia armatúraáram és a Ф gerjesztő mágneses fluxus kölcsönhatása hozza létre:

M \u003d K × Ia × F, (6.1)

ahol K egy állandó együttható a motor kialakításától függően.

Amikor az armatúra forog, a tekercselése keresztezi a gerjesztő mágneses fluxust, és az n forgási frekvenciával arányos EMF E indukálódik benne:

E \u003d C × n × F, (6.2)

ahol C egy állandó tényező a motor kialakításától függően.

Armatúra áram:

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

A 6.1 és 6.3 kifejezéseket n-re együtt megoldva analitikus kifejezést találnak a motor mechanikai jellemzőire n = F (M). Grafikus ábrázolása a 6.1. ábrán látható.

Rizs. 6.1. Vegyes gerjesztésű egyenáramú motor mechanikai jellemzői

Az A pont a motor alapjáratának felel meg n o fordulatszámmal. A mechanikai terhelés növekedésével a forgási sebesség csökken, a nyomaték pedig nő, és a B pontban eléri az M H névleges értéket. A BC szakaszon a motor túlterheléssel üzemel. Az Iya áram meghaladja a névleges értéket, ami az armatúra tekercsek és az OBC gyors felmelegedéséhez vezet, és a kollektor szikrázása megnő. Az M max maximális nyomatékot (C pont) a kollektor működési feltételei és a motor mechanikai szilárdsága korlátozza.

A mechanikai karakterisztikát addig folytatva, amíg az a D pontban nem metszi a nyomatéktengellyel, megkapjuk az indítónyomaték értékét, amikor a motor közvetlenül csatlakozik a hálózathoz. Az EMF E nulla és az armatúra áramkörében az áram, a 6.3 képlet, meredeken növekszik.

Az indítóáram csökkentésére egy Rx indítóreosztátot (6.2. ábra) ellenállással sorba kell kötni az armatúra áramkörrel:

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

ahol U h - a hálózat névleges feszültsége;

Én Ya.N. - névleges armatúraáram.

Az armatúra áramának csökkentése (1,3...2,5) × I Ya.N. elegendő kezdő Mn indítónyomatékot biztosít (D pont). Ahogy a motor felgyorsul, az Rx ellenállás nullára csökken, körülbelül állandó Mp (SD szakasz) értéket tartva.

A párhuzamos gerjesztő tekercs áramkörében lévő R B reosztát (6.2. ábra) lehetővé teszi a Ф mágneses fluxus nagyságának beállítását (6.1 képlet). A motor beindítása előtt teljesen eltávolítják, hogy minimális armatúraáram mellett elérjék a szükséges indítónyomatékot.

A 6.3 képlet segítségével meghatározzuk a motor fordulatszámát

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

amelyben R I, R obc és C állandók, U, I I és F pedig megváltoztatható. Ebből három következik lehetséges módjai motor fordulatszám szabályozása:

A bemeneti feszültség nagyságának változása;

Az armatúraáram értékének megváltoztatásával az Rx beállító reosztát segítségével, amely az indító reosztáttól eltérően folyamatos működésre van kiszámítva;

Az F gerjesztő mágneses fluxus nagyságának változtatásával, amely arányos az OVSH és OVSS tekercsek áramával. Párhuzamos tekercsben R b reosztáttal állítható. Az R b ellenállást a szükséges fordulatszám-szabályozási határértékek függvényében veszik R B =(2...5) R obsh.

A motor adattábláján látható a névleges fordulatszám, amely megfelel a motor tengelyén a névleges hálózati feszültség melletti névleges teljesítménynek és az R X és R B reosztát kimeneti ellenállásainak.

Az elektromos motorok olyan eszközök, amelyek az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják. Működésük elve az elektromágneses indukció jelenségén alapul.

A motor forgórészét forgó mágneses mezők kölcsönhatásának módszerei azonban jelentősen eltérnek a tápfeszültség típusától függően - AC vagy DC.

Az egyenáramú villanymotor működési elve az állandó mágnesek azonos pólusainak taszításán és az ellentétesek vonzásán alapul. A találmány elsőbbsége B. S. Jacobi orosz mérnöké. Az egyenáramú motor első ipari modelljét 1838-ban hozták létre. Azóta a kialakítása nem esett át jelentősebb változtatásokon.

Kis teljesítményű egyenáramú motorokban az egyik mágnes fizikailag jelen van. Közvetlenül a gép testéhez van rögzítve. A második az armatúra tekercsben jön létre, miután egy egyenáramú forrást csatlakoztattak hozzá. Erre használják speciális eszköz- kollektor-kefe összeállítás. Maga a kollektor egy vezető gyűrű, amely a motor tengelyéhez van rögzítve. Az armatúra tekercsének végei hozzá vannak kötve.

A nyomaték létrejöttéhez az armatúra állandó mágnesének pólusait folyamatosan fel kell cserélni. Ennek abban a pillanatban kell megtörténnie, amikor a pólus keresztezi az úgynevezett mágneses semlegest. Szerkezetileg ezt a problémát úgy oldják meg, hogy a kollektorgyűrűt dielektromos lemezekkel elválasztott szektorokra osztják. Az armatúra tekercseinek végei egymás után csatlakoznak hozzájuk.

A kollektor hálózathoz való csatlakoztatásához úgynevezett keféket használnak - nagy elektromos vezetőképességű és alacsony csúszósúrlódási együtthatójú grafitrudakat.

Az armatúra tekercselése nincs a hálózatra kötve, hanem kollektor-kefe szerelvény segítségével az indító reosztáthoz csatlakozik. Az ilyen motor bekapcsolásának folyamata a hálózathoz való csatlakozásból és az armatúra áramkör aktív ellenállásának fokozatos nullára csökkentéséből áll. Az elektromos motor simán és túlterhelés nélkül kapcsol be.

Az aszinkron motorok használatának jellemzői egyfázisú áramkörben

Bár a forgó állórész mágneses tere legkönnyebben háromfázisú feszültségből nyerhető, működési elve az aszinkron villanymotor lehetővé teszi, hogy egyfázisú, háztartási hálózatról működjön, ha a kialakításukban némi változtatás történik.

Ehhez az állórésznek két tekercsnek kell lennie, amelyek közül az egyik az "indító". A benne lévő áram fázisban 90 ° -kal eltolódik az áramkörben reaktív terhelés miatt. Leggyakrabban erre

A mágneses mezők szinte teljes szinkronizálása lehetővé teszi, hogy a motor még jelentős tengelyterhelés mellett is lendületet vegyen, ami a fúrók, forgókalapácsok, porszívók, köszörűk vagy polírozók működéséhez szükséges.

Ha egy ilyen motor tápáramkörébe állítható is van, akkor annak fordulatszáma simán megváltoztatható. De az irányt, ha váltakozó áramú áramkör táplálja, soha nem lehet megváltoztatni.

Az ilyen villanymotorok nagyon nagy fordulatszámok fejlesztésére képesek, kompaktak és nagy nyomatékkal rendelkeznek. A kollektor-kefe szerelvény jelenléte azonban csökkenti a motor erőforrását - a grafitkefék meglehetősen gyorsan elhasználódnak nagy sebességnél, különösen, ha a kollektor mechanikai sérüléseket szenved.

Az elektromos motorok a legmagasabb hatásfokkal rendelkeznek (több mint 80%) az összes ember által létrehozott eszköz közül. század végi találmányuk minőségi civilizációs ugrásnak tekinthető, nélkülük ugyanis elképzelhetetlen az élet. modern társadalom alapján csúcstechnológiák, és ennél hatékonyabbat még nem találtak fel.

Az elektromos motor szinkron működési elve videón

az eszköz, a működési elv, az egyenáramú motor jellemzőinek tanulmányozása;

gyakorlati ismeretek elsajátítása az egyenáramú villanymotor indításában, működtetésében és leállításában;

kísérletesen vizsgálja meg az egyenáramú motor jellemzőivel kapcsolatos elméleti információkat.

Alapvető elméleti rendelkezések

Az egyenáramú villanymotor olyan elektromos gép, amelyet arra terveztek, hogy elektromos energiát mechanikai energiává alakítson át.

Az egyenáramú motor eszköze nem különbözik az egyenáramú generátortól. Ez a körülmény megfordíthatóvá teszi az egyenáramú villamos gépeket, azaz lehetővé teszi generátor és motor üzemmódban egyaránt. Szerkezetileg egy egyenáramú motornak fix és mozgatható elemei vannak, amelyeket az ábra mutat be. egy.

Rögzített rész - az 1. állórész (keret) öntött acélból készült, 2 fő és további 3 pólusból áll, gerjesztő tekercsekkel 4 és 5 és egy ecset traverz kefékkel. Az állórész egy mágneses áramkör funkcióját látja el. A főpólusok segítségével időben állandó, térben mozdulatlan mágneses tér jön létre. A fő pólusok közé további oszlopokat helyeznek el, amelyek javítják a kapcsolási feltételeket.

Az egyenáramú motor mozgatható része a 6. forgórész (armatúra), amely egy forgó tengelyen van elhelyezve. Az armatúra egyben mágneses áramkör szerepét is betölti. Vékony, egymástól elektromosan szigetelt, vékony, magas szilíciumtartalmú elektroacél lemezekből készül, ami csökkenti a teljesítményveszteséget. A 7 tekercseket az armatúra hornyokba préselik, amelyek vezetékei a 8 kollektorlemezekkel vannak összekötve, ugyanazon a motortengelyen (lásd 1. ábra).

Tekintsük az egyenáramú motor működési elvét. Ha egy elektromos gép kapcsaira állandó feszültséget kötünk, akkor a gerjesztő tekercsekben (állórészben) és az áramarmatúra tekercseiben egyidejűleg lép fel (2. ábra). Az armatúraáram és a terepi tekercs által létrehozott mágneses fluxus kölcsönhatása következtében az állórészben erő keletkezik f, amelyet Ampère törvénye határoz meg . Ennek az erőnek az irányát a bal kéz szabálya határozza meg (2. ábra), amely szerint mind az áramerősségre merőleges. én(az armatúra tekercsben), és a mágneses indukciós vektorhoz NÁL NÉL(a gerjesztő tekercs hozza létre). Ennek eredményeként egy pár erő hat a forgórészre (2. ábra). Az erő a forgórész felső részére jobbra, az alsó részére - balra hat. Ez az erőpár forgatónyomatékot hoz létre, amelynek hatására az armatúra forgásba kerül. A kialakuló elektromágneses momentum nagysága egyenlőnek bizonyul

M = c m énén F,

ahol Val vel m - együttható az armatúra tekercsének kialakításától és az elektromos motor pólusainak számától függően; F- az elektromos motor egy pár fő pólusának mágneses fluxusa; énén - motor armatúra áram. ábrából következik. A 2. ábrán látható, hogy az armatúra tekercseinek forgását a kollektorlemezeken a polaritás egyidejű változása kíséri. Az armatúra tekercsének meneteiben az áram iránya az ellenkezőjére változik, de a gerjesztő tekercsek mágneses fluxusa megőrzi ugyanazt az irányt, ami miatt az erők iránya változatlan marad. f, és innen a nyomaték.

Az armatúra mágneses térben történő forgása egy emf megjelenéséhez vezet a tekercsében, amelynek irányát már a jobb kéz szabálya határozza meg. Ennek eredményeként az ábrán láthatóhoz. 2 mező- és erőkonfiguráció az armatúra tekercsben, indukciós áram lép fel, a főárammal ellentétes irányban. Ezért a kialakuló EMF-et ellen-EMF-nek nevezik. Értéke az

E = Val vel e nФ,

ahol n- az elektromos motor armatúrájának forgási gyakorisága; Val vel e a gép szerkezeti elemeitől függő együttható. Ez az EMF rontja a motor teljesítményét.

Az armatúrában lévő áram mágneses mezőt hoz létre, amely befolyásolja a fő pólusok (állórész) mágneses terét, amelyet armatúra reakciónak neveznek. A gép üresjárati üzemmódjában a mágneses teret csak a fő pólusok hozzák létre. Ez a mező szimmetrikus e pólusok tengelyeire, és koaxiális velük. Terhelőmotorhoz csatlakoztatva az armatúra tekercsben lévő áram miatt mágneses mező jön létre - az armatúra mező. Ennek a mezőnek a tengelye merőleges lesz a fő pólusok tengelyére. Mivel az armatúra vezetőiben az árameloszlás az armatúra forgása közben változatlan marad, az armatúra térben mozdulatlan marad. Ennek a mezőnek a főpólusok mezőjéhez való hozzáadásával a kapott mezőt kapjuk, amely egy szögben bontakozik ki  az armatúra forgási irányával szemben. Ennek eredményeként a nyomaték csökken, mivel a vezetők egy része az ellenkező polaritású pólus zónájába kerül, és fékezőnyomatékot hoz létre. Ebben az esetben a kefék szikráznak és a kollektor leég, hosszanti demagnetizáló mező keletkezik.

Az armatúra reakciójának a gép működésére gyakorolt ​​hatásának csökkentése érdekében további oszlopokat építenek be. Az ilyen pólusok tekercsei sorba vannak kötve az armatúra fő tekercsével, de a tekercselés irányának megváltozása bennük az armatúra mágneses mezője ellen irányuló mágneses mező megjelenését okozza.

Az egyenáramú motor forgásirányának megváltoztatásához meg kell változtatni az armatúrára vagy a terepi tekercsre táplált feszültség polaritását.

A gerjesztő tekercs bekapcsolásának módjától függően az egyenáramú motorokat megkülönböztetik párhuzamos, soros és vegyes gerjesztéssel.

Párhuzamos gerjesztésű motoroknál a tekercselés a táphálózat teljes feszültségére van kialakítva, és párhuzamosan van csatlakoztatva az armatúra áramkörrel (3. ábra).

A soros gerjesztésű motornak van egy tértekercse, amely sorba van kötve az armatúrával, így ez a tekercs a teljes armatúraáramra van kialakítva (4. ábra).

A vegyes gerjesztésű motorok két tekercseléssel rendelkeznek, az egyik párhuzamosan, a másik egy armatúrával sorba van kötve (5. ábra).

Rizs. 3 ábra. négy

Az egyenáramú motorok (függetlenül a gerjesztés módjától) a táphálózathoz való közvetlen csatlakozással történő indításakor jelentős indítóáramok lépnek fel, amelyek meghibásodásukhoz vezethetnek. Ez az armatúra tekercsben történő jelentős hő felszabadulása és a szigetelés későbbi megsértése miatt következik be. Ezért az egyenáramú motorok indítása speciális indítóberendezésekkel történik. A legtöbb esetben erre a célra a legegyszerűbb indítóeszközt használják - indító reosztátot. Az egyenáramú motor indítóreosztáttal történő indításának folyamatát egy párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor példáján mutatjuk be.

Az elektromos áramkör bal oldalára a második Kirchhoff-törvény szerint összeállított egyenlet alapján (lásd a 3. ábrát) az indító reosztátot teljesen eltávolítjuk ( R start = 0), armatúraáram

,

ahol U- feszültség az elektromos motorra; R i az armatúra tekercs ellenállása.

Az elektromos motor indításának kezdeti pillanatában az armatúra fordulatszáma n= 0, ezért az armatúra tekercsben indukált ellenelektromotoros erő a korábban kapott kifejezésnek megfelelően szintén nulla lesz ( E= 0).

Armatúra tekercsellenállás R elég kicsi vagyok. Annak érdekében, hogy indításkor korlátozzák az armatúra áramkör elfogadhatatlanul nagy áramát, az armatúrával sorba kapcsolnak egy indító reosztátot, függetlenül a motor gerjesztésének módjától (indítási ellenállás). R Rajt). Ebben az esetben az armatúra indítóáram

.

Indító reosztát ellenállás R az indítást csak az indítási időre számítják üzemre, és úgy választják meg, hogy a motorarmatúra indítóárama ne haladja meg a megengedett értéket ( énén, kezdés 2 én i, nom). Ahogy a motor felgyorsul, az EMF indukálódik az armatúra tekercsben az n forgási frekvenciájának növekedése miatt növekszik ( E=Val vel e nФ). Ennek eredményeként az armatúra áram, ceteris paribus csökken. Ebben az esetben az indító reosztát ellenállása R Rajt ahogy a motor armatúrája felgyorsul, fokozatosan csökkenteni kell. A motornak az armatúra fordulatszámának névleges értékére történő gyorsulásának vége után az EMF annyira megnő, hogy az indítási ellenállás nullára csökkenthető anélkül, hogy fennállna az armatúra áramának jelentős növekedése.

Tehát az indulási ellenállás R az armatúrakörben való indítás csak az indításkor szükséges. Az elektromos motor normál működése során ki kell kapcsolni, egyrészt azért, mert indításkor rövid távú működésre tervezték, másrészt, ha van indítási ellenállás, akkor a hőteljesítmény veszteségei megegyeznek R Rajt én 2 I, jelentősen csökkentve az elektromos motor hatásfokát.

Párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motornál az armatúraáramkörre vonatkozó második Kirchhoff-törvény szerint az elektromos egyensúlyi egyenlet alakja

.

Figyelembe véve az EMF kifejezést ( E=Val vel e nФ), a kapott forgási frekvencia képletét felírva megkapjuk a villanymotor frekvencia (sebesség) karakterisztikájának egyenletét. n(énÉN):

.

Ebből következik, hogy a tengely terhelése és az armatúra áram hiányában énén = 0 motor fordulatszám at adott értéket tápfeszültség

.

Motor sebesség n 0 az ideális alapjárati fordulatszám. A villanymotor paraméterei mellett a bemeneti feszültség és a mágneses fluxus értékétől is függ. A mágneses fluxus csökkenésével, ha más tényezők megegyeznek, az ideális alapjárati fordulatszám növekszik. Ezért a gerjesztő tekercs szakadása esetén, amikor a gerjesztőáram nullává válik ( én c = 0), a motor mágneses fluxusa a maradék mágneses fluxus értékével megegyező értékre csökken F pihenés. Ugyanakkor a motor „túlhajtásba megy”, a névlegesnél jóval magasabb fordulatszámot fejleszt ki, ami bizonyos veszélyt jelent mind a motorra, mind a karbantartókra nézve.

Párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor frekvencia (fordulatszám) karakterisztikája n(én i) a mágneses fluxus állandó értékén F=constés a bemeneti feszültség állandó értéke U = állandó egyenes vonalnak tűnik (6. ábra).

Ennek a jellemzőnek a figyelembevételéből látható, hogy a tengely terhelésének növekedésével, azaz az armatúra áramának növekedésével énén a motor fordulatszáma az armatúra áramköri ellenállásán bekövetkező feszültségeséssel arányos értékkel csökken RÉN.

Frekvenciakarakterisztika egyenletekben kifejezve a motor elektromágneses nyomatékán keresztüli armatúraáramot M =Val vel m énén F, megkapjuk a mechanikai jellemző egyenletét, azaz a függőségeket n(M) nál nél U = állandó párhuzamos gerjesztésű motorokhoz:

.

Ha figyelmen kívül hagyjuk az armatúra reakciójának befolyását a terhelés megváltoztatásának folyamatában, a motor elektromágneses nyomatékát az armatúra áramával arányosnak lehet elfogadni. Ezért az egyenáramú motorok mechanikai jellemzői ugyanolyan alakúak, mint a megfelelő frekvenciakarakterisztika. A söntmotor merev mechanikai karakterisztikával rendelkezik (7. ábra). Ebből a karakterisztikából látható, hogy a fordulatszáma a terhelési nyomaték növekedésével enyhén csökken, mivel a gerjesztőtekercs párhuzamos kapcsolásakor a gerjesztőáram és ennek megfelelően a motor mágneses fluxusa gyakorlatilag változatlan marad, valamint az armatúra ellenállása Az áramkör viszonylag kicsi.

Az egyenáramú motorok teljesítményjellemzői a fordulatszám-függőségek n, pillanat M, armatúra áram énén és hatásfok () a tengely hasznos teljesítményéből R 2 villanymotor, azaz n(R 2),M(R 2),énén ( R 2),(R 2) állandó feszültséggel a kapcsain U=const.

Egy párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motor teljesítményjellemzői a 2. ábrán láthatók. 8. Ezekből a jellemzőkből látható, hogy a forgási sebesség n párhuzamos gerjesztésű motorok növekvő terhelés mellett kissé csökken. A motortengely hasznos nyomatékának a teljesítménytől való függése R 2 egy majdnem egyenes vonal, mivel ennek a motornak a nyomatéka arányos a tengely terhelésével: M=kP 2 / n. Ennek a függőségnek a görbületét a forgási sebesség enyhe csökkenése magyarázza a terhelés növekedésével.

Nál nél R 2 = 0 az elektromos motor által fogyasztott áram egyenlő az üresjárati árammal. A teljesítmény növekedésével az armatúra árama megközelítőleg a tengely terhelési nyomatékának függvényében nő, mivel ilyen körülmények között F=const az armatúra árama arányos a terhelési nyomatékkal. Az elektromos motor hatásfokát az arányként határozzuk meg hasznos erő a tengelyen a hálózatról fogyasztott teljesítményhez:

,

ahol R 2 - hasznos tengelyteljesítmény; R 1 =UI- az elektromos motor által a táphálózatról fogyasztott teljesítmény; R jaj = én 2 i R i - elektromos teljesítményveszteség az armatúra áramkörében, R ev = UI in, = én 2 hüvelyk R ban ben - elektromos teljesítményveszteségek a gerjesztő áramkörben; R szőrme - mechanikai teljesítményvesztés; R m - teljesítményveszteségek hiszterézis és örvényáramok miatt.

Az is fontos, hogy az egyenáramú motorok fordulatszámát szabályozni lehessen. A frekvenciakarakterisztikára vonatkozó kifejezések elemzése azt mutatja, hogy az egyenáramú motorok fordulatszáma többféleképpen szabályozható: további ellenállás bekapcsolásával R add hozzá az armatúra áramkört a mágneses fluxus megváltoztatásával Fés feszültségváltozás te, szállítjuk a motorhoz.

Az egyik legelterjedtebb a fordulatszám-szabályozás módszere, amely további ellenállást foglal magában az elektromos motor armatúrájában. Az armatúra áramkör ellenállásának növekedésével, ceteris paribus, a sebesség csökken. Ebben az esetben minél nagyobb az ellenállás az armatúra áramkörben, annál kisebb a motor fordulatszáma.

Állandó tápfeszültség és állandó mágneses fluxus mellett az armatúra áramkör ellenállásértékének megváltoztatása során mechanikai jellemzők családja nyerhető például egy párhuzamos gerjesztésű villanymotorhoz (9. ábra).

A vizsgált szabályozási módszer előnye viszonylagos egyszerűségében és abban rejlik, hogy a fordulatszám zökkenőmentes változását széles tartományban (nullától a frekvencia névleges értékéig) tudja elérni. n nom). Ennek a módszernek a hátrányai közé tartozik az a tény, hogy jelentős teljesítményveszteségek vannak a járulékos ellenállásban, amely a sebesség csökkenésével növekszik, valamint további vezérlőberendezések használatának szükségessége. Ezenkívül ez a módszer nem teszi lehetővé a motor fordulatszámának a névleges értékétől való növelését.

Az egyenáramú motor forgási sebességének változása a gerjesztő mágneses fluxus értékének változtatásával is elérhető. Ha a mágneses fluxust a párhuzamos gerjesztésű egyenáramú motorok frekvencia-válasz egyenletének megfelelően változtatja a tápfeszültség állandó értékénél és az armatúra áramkör ellenállásának állandó értékénél, akkor a mechanikai jellemzők családját kaphatjuk meg, amely a 3. ábrán látható. . tíz.

Amint ezekből a jellemzőkből látható, a mágneses fluxus csökkenésével az elektromos motor ideális alapjáratának forgási sebessége n 0 növeli. Mivel nullával egyenlő forgási frekvenciánál a motor armatúra árama, azaz az indítóáram nem függ a mágneses fluxustól, a család frekvenciakarakterisztikái nem lesznek egymással párhuzamosak, és a karakterisztika merevsége csökken csökkenő mágneses fluxus (a motor mágneses fluxusának növelése általában nem történik meg, mivel ebben az esetben a gerjesztő tekercs árama meghaladja a megengedett, azaz névleges értéket). Így a mágneses fluxus változása lehetővé teszi, hogy a motor fordulatszámát csak a névleges értékétől felfelé állítsuk, ami ennek a szabályozási módnak a hátránya.

Ennek a módszernek a hátrányai közé tartozik egy viszonylag kis szabályozási tartomány is, mivel az elektromos motor mechanikai szilárdságára és kapcsolására vonatkozó korlátozások vannak. Ennek az ellenőrzési módszernek az előnye az egyszerűsége. Párhuzamos gerjesztésű motoroknál ez a szabályozó reosztát ellenállásának változtatásával érhető el R R a gerjesztő áramkörben.

Soros gerjesztésű egyenáramú motoroknál a mágneses fluxus változását a gerjesztő tekercs megfelelő értékű ellenállással történő söntésével, vagy a gerjesztő tekercs meghatározott számú fordulatának rövidre zárásával érik el.

A széles körben elterjedt használat, különösen a generátor-motor rendszer szerint épített elektromos hajtásoknál, fordulatszám-szabályozást kapott a motor armatúra bilincseinek feszültség változtatásával. Az armatúra áramkör állandó mágneses fluxusával és ellenállásával az armatúra feszültségének változása következtében frekvenciakarakterisztikák családja érhető el.

Példaként az ábrán látható. A 11. ábra párhuzamos gerjesztésű motor mechanikai jellemzőinek ilyen családját mutatja be.

A bemeneti feszültség változásával az ideális n alapjárati fordulatszám 0 a korábban megadott kifejezésnek megfelelően a feszültséggel arányosan változik. Mivel az armatúra áramkör ellenállása változatlan marad, a mechanikai jellemzők családjának merevsége nem tér el a természetes mechanikai jellemző merevségétől U=U nom.

A vizsgált szabályozási mód előnye a fordulatszám-változtatások széles tartománya a teljesítményveszteségek növelése nélkül. Ennek a módszernek a hátrányai közé tartozik, hogy ehhez szabályozott tápfeszültség forrásra van szükség, és ez ahhoz vezet a súly, a méretek és a telepítés költségének növekedése.

Élvezni előnézet prezentációk fiók létrehozása ( fiókot) Google-t, és jelentkezzen be: https://accounts.google.com

Diák feliratai:

Az ábrákon határozza meg az Amper erő irányát, az áram irányát a vezetőben, a mágneses mező vonalainak irányát, a mágnes pólusait! N S F = 0 Visszahívás.

11. sz. laboratóriumi munka Egyenáramú elektromos motor vizsgálata (modellre). A munka célja: az egyenáramú villanymotor modelljének megismerése annak berendezésével és működésével. Eszközök és anyagok: villanymotor modell, laboratóriumi tápegység, kulcs, csatlakozó vezetékek.

Biztonsági előírások. Az asztalon nem lehet idegen tárgy. Figyelem! Elektromosság! A vezetékek szigetelését nem szabad megszakítani. Ne kapcsolja be az áramkört a tanár engedélye nélkül. Ne érintse meg kézzel a motor forgó részeit. A hosszú hajat el kell távolítani, hogy ne akadjon bele a motor forgó részeibe. A munka elvégzése után munkahely tegye rendbe, nyissa meg az áramkört és szerelje szét.

A munka sorrendje. 1. Tekintsük az elektromos motor modelljét! Jelölje be az 1. ábrán a fő részeit. 1 2 3 1. ábra 4 5 1 - ___________________________________ 2 - ___________________________________ 3 - ____________________________________ 4 - ___________________________________ 5 - ___________________________________

2. Szerelje össze elektromos áramkör, amely áramforrásból, villanymotor modelljéből, kulcsból áll, mindent sorba kötve. Rajzolj kapcsolási rajzot.

3. Indítsa el a motort. Ha a motor nem jár, keresse meg az okokat és szüntesse meg azokat. 4. Változtassa meg az áram irányát az áramkörben. Figyelje meg az elektromos motor mozgó részének forgását. 5. Vond le a következtetést.

Irodalom: 1 . Fizika. 8. évfolyam: tanulmányok. általános műveltségre intézmények / A.V. Peryshkin. - 4. kiadás, átdolgozott - M.: Drofa, 2008. 2. Fizika. 8. évfolyam: tanulmányok. Általános műveltségre intézmények / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya.-2. kiadás, sztereotípia.-M.: Bustard, 2008 3. Laboratóriumi munka és ellenőrzési feladatok fizikából: Jegyzetfüzet 8. osztályos tanulóknak - Szaratov: Líceum, 2009. 4. Jegyzetfüzet laboratóriumi munkákhoz. Sarakhman I.D. MOU 8. számú középiskola, Mozdok, Észak-Oszétia-Alánia. 5. Laboratóriumi munka az iskolában és otthon: mechanika / V.F. Shilov.-M.: Oktatás, 2007. 6. Fizikai feladatgyűjtemény. 7-9. évfolyam: útmutató az általános iskolai tanulók számára. intézmények / V.I. Lukashik, E.V. Ivanova.-24. kiad.-M.: Felvilágosodás, 2010.

Előnézet:

11. labor

(modellre)

Célkitűzés

Eszközök és anyagok

Előrehalad.

11. labor

Az elektromos egyenáramú motor tanulmányozása

(modellre)

Célkitűzés : ismerkedjen meg az egyenáramú villanymotor modelljével, annak berendezésével és működésével.

Eszközök és anyagok: villanymotor modell, labor táp, kulcs, csatlakozó vezetékek.

Biztonsági előírások.

Az asztalon nem lehet idegen tárgy. Figyelem! Elektromosság! A vezetékek szigetelését nem szabad megszakítani. Ne kapcsolja be az áramkört a tanár engedélye nélkül. Ne érintse meg kézzel a motor forgó részeit.

Képzési feladatok és kérdések

1. Milyen fizikai jelenségen alapul egy villanymotor működése?

2. Milyen előnyei vannak az elektromos motoroknak a termikus motorokkal szemben?

3. Hol használják az egyenáramú villanymotorokat?

Előrehalad.

1. Tekintsük az elektromos motor modelljét! Jelölje be az 1. ábrán a fő részeit.

2. Állítsa össze az áramforrásból, egy villanymotor modelljéből, egy kulcsból álló elektromos áramkört, amely mindent sorba köt. Rajzolj kapcsolási rajzot.

1. ábra

Vegyél következtetést.

3. Indítsa el a motort. Ha a motor nem jár, keresse meg az okokat és szüntesse meg azokat.

4. Változtassa meg az áram irányát az áramkörben. Figyelje meg az elektromos motor mozgó részének forgását.

1. ábra

Bármely villanymotort úgy terveztek, hogy mechanikai munkát végezzen a rájuk alkalmazott villamosenergia-fogyasztás miatt, amely általában forgó mozgássá alakul. Bár a technológiában vannak olyan modellek, amelyek azonnal létrehozzák a munkatest transzlációs mozgását. Ezeket lineáris motoroknak nevezik.

Az ipari létesítményekben az elektromos motorok a technológiai gyártási folyamatban részt vevő különféle gépeket és mechanikus eszközöket hajtják meg.

A háztartási gépek belsejében villanymotorok működnek mosógépek, porszívók, számítógépek, hajszárítók, gyerekjátékok, órák és sok más eszköz.

Fizikai alapfolyamatok és működési elv

Beköltözéskor elektromos töltések, amelyeket elektromos áramnak neveznek, mindig mechanikai erő hat, és hajlamos eltéríteni az irányukat a mágneses erővonalak tájolására merőleges síkban. Mikor elektromosságáthalad egy fémvezetőn vagy az abból készült tekercsen, akkor ez az erő hajlamos az egyes áramvezető vezetőket és a teljes tekercset egészében elmozdítani/forgatni.

Az alábbi képen egy fém keret látható, amelyen keresztül áramlik. A rá ható mágneses tér a keret minden ágára F erőt hoz létre, ami forgó mozgást hoz létre.

Az elektromos és mágneses energia kölcsönhatásának ez a tulajdonsága, amely egy zárt áramkörben elektromotoros erő létrehozásán alapul, bármely elektromos motor működésbe lép. Kialakítása a következőket tartalmazza:

tekercs, amelyen elektromos áram folyik. Speciális maghorgonyra van helyezve és forgócsapágyakban rögzítve csökkenti a súrlódási erők ellensúlyozását. Ezt a kialakítást rotornak nevezik;

állórész, amely mágneses teret hoz létre, amely erővonalaival áthatja a forgórész tekercseinek menetein áthaladó elektromos töltéseket;

ház az állórész számára. A ház belsejében speciális leszállóaljzatok készülnek, amelyek belsejében a rotor csapágyainak külső ketrecei vannak felszerelve.

Leegyszerűsítve a legegyszerűbb villanymotor felépítése az alábbi képpel ábrázolható.

Amikor a rotor forog, forgatónyomaték jön létre, amelynek teljesítménye a készülék általános kialakításától, az alkalmazott értéktől függ. elektromos energia, veszteségei az átalakulások során.

A motor lehetséges legnagyobb nyomatékának értéke mindig kisebb, mint a rá alkalmazott elektromos energia. A hatékonysági tényező értéke jellemzi.

Az elektromos motorok típusai

A tekercseken átfolyó áram típusa szerint DC vagy AC motorokra vannak osztva. E két csoport mindegyike rendelkezik nagyszámú módosítások különféle technológiai eljárások segítségével.

DC motorok

Állórész mágneses terük van, amelyet tartósan rögzített vagy speciális, gerjesztő tekercsekkel ellátott elektromágnesek hoznak létre. Az armatúra tekercselés mereven van a csapágyakban rögzített tengelyben rögzítve, és szabadon foroghat a saját tengelye körül.

Egy ilyen motor fő berendezése az ábrán látható.

A ferromágneses anyagokból készült armatúra magján két sorba kapcsolt részből álló tekercs található, amelyek egyik végén vezetőképes kollektorlemezekkel vannak összekötve, másik végén pedig egymással kommutáltak. Két grafitkefe található az armatúra átmérőjűen ellentétes végein, és a kollektorlemezek érintkezőfelületeihez nyomódnak.

Az állandó áramforrás pozitív potenciálja a minta alsó keféjébe kerül, és negatív a felső kefébe. A tekercsen átfolyó áram irányát a szaggatott piros nyíl mutatja.

Az áram az északi pólus mágneses terét az armatúra bal alsó részében, a déli pólus pedig a jobb felső részében okozza (gimlet szabály). Ez a forgórész pólusainak az azonos nevű állóktól való kilökődéséhez és az állórész ellentétes pólusaihoz való vonzódásához vezet. A kifejtett erő hatására forgási mozgás jön létre, melynek irányát a barna nyíl jelzi.

Az armatúra további forgásával a tehetetlenségi nyomatékkal a pólusok átmennek más kollektorlemezekre. Az áram iránya bennük megfordul. A forgórész tovább forog.

Az ilyen kollektorszerkezet egyszerű kialakítása nagy elektromos energia veszteségekhez vezet. Az ilyen motorok egyszerű kialakítású eszközökben vagy gyermekek számára készült játékokban működnek.

A gyártási folyamatban részt vevő egyenáramú motorok bonyolultabb felépítésűek:

a tekercs nem ketté van osztva, hanem több részre;

minden tekercsszakasz a saját pólusára van felszerelve;

a kollektorszerkezet a tekercsszakaszok számának megfelelően meghatározott számú érintkezőbetéttel készül.

Ennek eredményeként az egyes pólusok zökkenőmentes csatlakozása az érintkezőlemezeken keresztül a kefékhez és az áramforráshoz, és csökken a teljesítményveszteség.

Egy ilyen horgony eszköze a képen látható.

Elektromos egyenáramú motoroknál a forgórész forgásiránya megfordítható. Ehhez elegendő az áram mozgását a tekercsben az ellenkezőjére változtatni a forrás polaritásának megváltoztatásával.

AC motorok

A korábbi kialakításoktól abban különböznek, hogy a tekercselésükben folyó elektromos áramot annak irányának időszakos megváltoztatásával írják le (jel). Ezek táplálásához a feszültséget előjel-változó értékű generátorok biztosítják.

Az ilyen motorok állórészét mágneses áramkör készíti. Ferromágneses lemezekből készül, hornyokkal, amelyekbe a tekercsmeneteket keret (tekercs) konfigurációval helyezik el.

Szinkron motorok

Az alábbi képen látható működés elve egyfázisú motor váltakozó áram a forgórész és az állórész elektromágneses mezőinek szinkron forgásával.

Az állórész mágneses áramkörének hornyaiban, átmérősen ellentétes végein, tekercsvezetők vannak elhelyezve, vázlatosan egy keret formájában, amelyen keresztül váltakozó áram folyik.

Tekintsük a félhullám pozitív részének áthaladásának megfelelő időpillanat esetét.

A csapágyketrecekben egy beépített állandó mágnessel ellátott rotor forog szabadon, melyben az északi „N száj” és a déli „S száj” pólus van kiejtve. Amikor pozitív félhullám áramlik át az állórész tekercsén, abban "S st" és "N st" pólusú mágneses mező jön létre.

A forgórész és az állórész mágneses tere között kölcsönhatási erők lépnek fel (az azonos nevű pólusok taszítják, az ellentétes pólusok pedig vonzanak), amelyek hajlamosak a villanymotor armatúráját egy tetszőleges helyzetből a végső helyzetbe fordítani, amikor a az ellentétes pólusok a lehető legközelebb legyenek egymáshoz.

Ha ugyanazt az esetet vesszük figyelembe, de abban az időben, amikor a fordított - negatív félhullám áramlik át a keretvezetőn, akkor az armatúra forgása az ellenkező irányba történik.

Az állórészben lévő forgórész folyamatos mozgása érdekében nem egy keret tekercselést kell készíteni, hanem bizonyos számú tekercset úgy, hogy mindegyiket külön áramforrás táplálja.

Működés elve háromfázisú motor váltóáram szinkron forgással A forgórész és az állórész elektromágneses mezői a következő képen láthatók.

Ebben a kialakításban három A, B és C tekercs van felszerelve az állórész mágneses áramkörébe, egymáshoz képest 120 fokos szögben eltolva. Az A tekercs sárga, a B tekercs zöld, a C tekercs piros színnel van kiemelve. Minden tekercs ugyanazokkal a keretekkel készül, mint az előző esetben.

A képen minden esetben az áram csak egy tekercsen halad előre vagy hátrafelé, amit a "+" és "-" jelek jeleznek.

Az A fázisban pozitív félhullám előrehaladásával a forgórész mező tengelye vízszintes helyzetbe kerül, mert az állórész mágneses pólusai ebben a síkban jönnek létre és vonzzák a mozgó armatúrát. A szemben lévő forgórész pólusai hajlamosak megközelíteni az állórész pólusait.

Amikor a pozitív félhullám a C fázisba kerül, az armatúra 60 fokkal elfordul az óramutató járásával megegyezően. Miután áramot vezetnek a B fázisra, az armatúra hasonló forgása következik be. A következő tekercs következő fázisában minden következő áram forgatja a forgórészt.

Ha egy háromfázisú hálózat 120 fokos szögben eltolt feszültsége minden tekercsre kerül, akkor váltakozó áramok keringenek bennük, amelyek letekerik az armatúrát és szinkron forgását hozzák létre a szállított elektromágneses mezővel.

Ugyanezt a mechanikai kialakítást sikeresen alkalmazták háromfázisú léptetőmotor. Csak minden tekercsben, vezérlés segítségével, egyenáramú impulzusokat táplálunk és távolítunk el a fent leírt algoritmus szerint.

Indításuk forgómozgást indít el, és egy adott időpontban történő befejezés biztosítja a tengely adagolt forgását és a programozott szögben történő megállást bizonyos technológiai műveletek végrehajtásához.

Mindkét ismertetett háromfázisú rendszerben lehetőség van az armatúra forgásirányának megváltoztatására. Ehhez csak meg kell változtatnia az "A" - "B" - "C" fázissort egy másikra, például "A" - "C" - "B".

A forgórész forgási sebességét a T periódus időtartama szabályozza. Ennek csökkentése a forgás gyorsulásához vezet. A fázis áramának amplitúdója a tekercs belső ellenállásától és a rákapcsolt feszültség értékétől függ. Meghatározza az elektromos motor nyomatékát és teljesítményét.

Aszinkron motorok

Ezek a motorok ugyanazzal az állórész mágneses áramkörrel rendelkeznek tekercseléssel, mint a korábban figyelembe vett egyfázisú és háromfázisú modellekben. Nevüket az armatúra és az állórész elektromágneses mezőinek nem szinkron forgása miatt kapták. Ez a rotor konfigurációjának javításával történt.

Magja elektromos minőségű acéllemezekből készül, hornyokkal. Alumínium vagy réz vezetékek vannak beléjük szerelve, amelyeket az armatúra végein vezető gyűrűk zárnak le.

Amikor az állórész tekercseire feszültséget kapcsolunk, a forgórész tekercsében elektromotoros erő indukál elektromos áramot, és az armatúra mágneses tere jön létre. Amikor ezek az elektromágneses terek kölcsönhatásba lépnek, megindul a motor tengelyének forgása.

Ennél a kialakításnál a forgórész mozgása csak azután lehetséges, ha az állórészben forgó elektromágneses tér keletkezik, és aszinkron üzemmódban működik vele.

Az aszinkron motorok egyszerűbb kialakításúak. Ezért olcsóbbak és széles körben használják ipari létesítményekben és háztartási készülékekben.

Lineáris motorok

Az ipari mechanizmusok számos munkateste egy síkban hajt végre oda-vissza vagy transzlációs mozgást, ami szükséges a fémmegmunkáló gépek, járművek működéséhez, cölöpveréskor kalapácsütésekhez ...

Egy ilyen munkatest mozgatása sebességváltók, golyóscsavarok, szíjhajtások és hasonló mechanikai eszközök segítségével egy forgó villanymotorból bonyolítja a tervezést. Kortárs műszaki megoldás ennek a problémának a lineáris villanymotor működése.

Állórésze és forgórésze szalagok formájában megnyúlt, és nem gyűrűkké hajtva, mint a forgó villanymotoroknál.

A működési elv az, hogy az átvitel miatt a futó-rotornak oda-vissza, lineáris mozgást kell adni elektromágneses energia meghatározott hosszúságú nyitott mágneses áramkörrel rendelkező rögzített állórészről. Benne az áramot felváltva bekapcsolva utazó mágneses tér jön létre.

A kollektorral együtt az armatúra tekercsére hat. Az ilyen motorban fellépő erők csak lineárisan mozgatják a forgórészt a vezetőelemek mentén.

A lineáris motorokat úgy tervezték, hogy állandó ill váltakozó áram, működhet szinkron vagy aszinkron módban.

A lineáris motorok hátrányai:

technológia összetettsége;

magas ár;

alacsony energiateljesítmény.