Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов. Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов Изучение принципа работы электродвигателя на модели

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.

Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

1. Цель работы: Изучить особенности пуска, механическую характеристику и способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением.

Адание.

2.1. к самостоятельной работе:

Изучить особенности конструкции, схемы включения двигателей постоянного тока ;

Изучить методику получения механических характеристик двига­теля постоянного тока ;

Ознакомиться с особенностями пуска и регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока ;

Вычертить принципиальные схемы для измерения сопротивлений цепи якоря и обмоток возбуждения (рис.6.4) и испытания двигателя (рис.6.2);

Используя рис. 6.2 и 6.3 составить монтажную схему;

Вычертить формы таблиц 6.1... 6.4;

Подготовить устные ответы на контрольные вопросы.

2.2. к работе в лаборатории:

Ознакомиться с лабораторной установкой;

Записать в таблицу 6.1. паспортные данные двигателя;

Измерить сопротивление цепи якоря и обмоток возбуждения. Данные записать в таблицу 6.1;

Собрать схему и провести исследование двигателя, данные запи­сать в таблицы 6.2, 6.3, 6.4;

Построить естественную механическую характеристику n=f(M) и скоростные характеристики n=f(I B) и n=f(U);

Сделать выводы по результатам исследования.

Общие сведения.

Двигатели постоянного тока в отличие от двигателей переменного тока (прежде всего асинхронных) имеют большую кратность пускового момента и перегрузочную способность, обеспечивают плавное регули­рование частоты вращения рабочей машины. По этому они применя­ются для привода машин и механизмов с тяжелыми условиями пуска (например, в качестве стартеров в двигателях внутреннего сгорания), а также при необходимости регулирования частоты вращения в больших пределах (механизмы подачи станков, обкаточно-тормозные стенды, электрифицированные транспортные средства).

Конструктивно двигатель состоит из неподвижного узла (индуктора) и вращающегося узла (якоря). На магнитопроводе индук­тора расположены обмотки возбуждения. В двигателе смешанного воз­буждения их две: параллельная с выводами Ш 1 и Ш2 и последователь­ная с выводами С1 и С2 (рис.6.2). Сопротивление параллельной обмот­ки R овш составляет в зависимости от мощности двигателя от несколь­ких десятков до сотен Ом. Она выполнена проводом малого сечения с большим числом витков. Последовательная обмотка имеет малое со­противление R obc (обычно от нескольких Ом до долей Ома), т.к. со­стоит из небольшого числа витков провода большого сечения. Индук­тор служит для создания магнитного потока возбуждения при питании его обмоток постоянным током.

Обмотка якоря размещена в пазах магнитопровода и выведена на коллектор. С помощью щеток ее выводы Я I и Я 2 подключаются к ис­точнику постоянного тока. Сопротивление обмотки якоря R Я невелико (Омы или доли Ома).

Вращающий момент М двигателя постоянного тока создается при взаимодействии тока якоря Iя с магнитным потоком возбуждения Ф:

М=К × Iя × Ф, (6.1)

где К - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции дви­гателя.

При вращении якоря его обмотка пересекает магнитный поток возбуждения и в ней индуктируется ЭДС Е, пропорциональная частоте вращения n:

Е = С × n × Ф, (6.2)

где С - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции дви­гателя.

Ток в цепи якоря:

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

Решая совместно выражения 6.1 и 6.3 относительно п, находят ана­литическое выражение механической характеристики двигателя n=F(М). Ее графическое изображение приведено на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. Механическая характеристика двигателя постоянного то­ка смешанного возбуждения

Точка А соответствует работе двигателя вхолостую с частотой вращения n о. С увеличением механической нагрузки частота вращения снижается, а вращающий момент растет, достигая в точке В номиналь­ного значения М H . На участке ВС двигатель работает с перегрузкой. Ток Iя превышает номинальную величину, что приводит к быстрому нагреву обмоток якоря и ОВС, увеличивается искрение на коллекторе. Максимальный момент М mах (точка С) ограничивается условиями ра­боты коллектора и механической прочностью двигателя.

Продолжая механическую характеристику до пересечения в точке Д" с осью вращающего момента мы получили бы значение пускового момента при прямом включении двигателя в сеть. ЭДС Е равна нулю и ток в цепи якоря в соответствии с формулой 6.3 резко возраста­ет.

Для снижения пускового тока последовательно в цепь якоря вклю­чают пусковой реостат Rx (рис. 6.2) с сопротивлением:

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

где U h - номинальное напряжение сети;

I Я.Н. - номинальный ток якоря.

Снижение тока якоря до (1.3...2.5)×I Я.Н. обеспечивает достаточный начальный пусковой момент Мп (точка Д). По мере разгона двигателя сопротивление Rx уменьшают до нуля, поддерживая приблизительно постоянную величину Мп (участок СД).

Реостат R В в цепи параллельной обмотки возбуждения (рис. 6.2) позволяет регулировать величину магнитного потока Ф (формула 6.1). Перед пуском двигателя его полностью выводят для получения необхо­димого пускового момента при минимальном токе якоря.

Используя формулу 6.3, определим частоту вращения двигателя

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

в которой R Я, R obc и С являются постоянными величинами, а U, I Я и Ф можно изменять. Отсюда вытекает три возможных способа регули­рования частоты вращения двигателя:

Изменением величины подводимого напряжения;

Изменением величины тока якоря с помощью регулировочного реостата Rx, который в отличие от пускового рассчитывается на про­должительный режим работы;

Изменением величины магнитного потока возбуждения Ф, кото­рый пропорционален току в обмотках ОВШ и ОВС. В параллельной обмотке его можно регулировать реостатом R b . Сопротивление R b принимают в зависимости от требуемых пределов регулирования час­тоты вращения R В =(2...5) R obш.

В паспортной табличке двигателя указывается номинальная часто­та вращения, которая соответствует номинальной мощности на валу двигателя при номинальном напряжении сети и выведенных сопротив­лениях реостатов R X и R B .

Условие задачи: Лабораторная работа № 10. Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели).

Задача из
решебника по Физике, 8 класс, А.В.Перышкин, Н.А.Родина
за 1998 год
Онлайн решебник по физике
за 8 класс
Лабораторные работы
— номер
10

Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели).

Цель работы: Ознакомиться с основными деталями электрического двигателя постоянного тока на модели этого двигателя.

Это, пожалуй, самая несложная работа за курс 8 класса. Нужно только подключить модель двигателя к источнику тока, посмотреть, как она работает, и запомнить названия основных частей электродвигателя (якорь, индуктор, щетки, полукольца, обмотка, вал).

Предложенный вам учителем электродвигатель может быть похож на изображенный на рисунке, а может иметь другой вид, поскольку вариантов школьных электрических двигателей существует много. Принципиального значения это не имеет, так как учитель наверняка подробно расскажет и покажет, как обращаться с моделью.

Перечислим основные причины того, что правильно подключенный электродвигатель не работает. Обрыв цепи, отсутствие контакта щеток с полукольцами, повреждение обмотки якоря. Если в первых двух случаях вы вполне способны справится самостоятельно, в случае обрыва обмотки нужно обратиться к преподавателю. Перед включением двигателя следует убедиться, что его якорь может свободно вращаться и ему ничего не мешает, иначе при включении электродвигатель будет издавать характерное гудение, но вращаться не будет.

Не знаете как решить? Можете помочь с решением? Заходите и спрашивайте.

←Лабораторная работа № 9. Сборка электромагнита и испытание его действия.Лабораторная работа № 11. Получение изображения при помощи линзы.-