Laboratoriumwerk voor het bestuderen van een gelijkstroommotor. We begrijpen de werkingsprincipes van elektromotoren: de voor- en nadelen van verschillende typen

Conditie van de taak: Laboratoriumwerk nr. 10. Studie van een elektrische gelijkstroommotor (op model).

Probleem van
Natuurkundeleerboek, 8e leerjaar, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
voor 1998
Online natuurkundewerkboek
voor groep 8
Laboratorium werkt
- nummer
10

Studie van een DC-elektromotor (op een model).

Doel van het werk: Vertrouwd raken met de belangrijkste onderdelen van een elektrische gelijkstroommotor aan de hand van een model van deze motor.

Dit is misschien wel het gemakkelijkste werk voor de cursus van groep 8. U hoeft alleen maar het motormodel op een stroombron aan te sluiten, te zien hoe het werkt en de namen van de belangrijkste onderdelen van de elektromotor te onthouden (anker, inductor, borstels, halve ringen, wikkeling, as).

De elektromotor die je leraar je aanbiedt, kan lijken op de motor die in de afbeelding wordt weergegeven, of kan er anders uitzien, omdat er veel opties zijn voor elektromotoren voor scholen. Dit is niet van fundamenteel belang, aangezien de leraar u waarschijnlijk in detail zal vertellen en u zal laten zien hoe u met het model moet omgaan.

Laten we de belangrijkste redenen opsommen waarom een ​​goed aangesloten elektromotor niet werkt. Open circuit, gebrek aan contact van borstels met halve ringen, schade aan de ankerwikkeling. Als je in de eerste twee gevallen heel goed in staat bent om het zelf aan te pakken, als de wikkeling breekt, moet je contact opnemen met een leraar. Voordat u de motor aanzet, moet u ervoor zorgen dat het anker vrij kan draaien en dat niets hem hindert, anders zal de elektromotor bij het inschakelen een karakteristiek gezoem laten horen, maar niet roteren.

Weet je niet hoe je het moet oplossen? Kunt u helpen met een oplossing? Kom binnen en vraag het.

←Laboratoriumwerk nr. 9. Het assembleren van een elektromagneet en het testen van de werking ervan. Laboratoriumwerk nr. 11. Het verkrijgen van een beeld met behulp van een lens.-

Elke elektromotor is ontworpen om mechanisch werk uit te voeren vanwege het elektriciteitsverbruik dat erop wordt toegepast, dat in de regel wordt omgezet in een roterende beweging. Hoewel er in de technologie modellen zijn die onmiddellijk een translationele beweging van het werkende lichaam creëren. Ze worden lineaire motoren genoemd.

In industriële installaties drijven elektromotoren verschillende machines en mechanische apparaten aan die betrokken zijn bij het technologische productieproces.

Binnen huishoudelijke apparaten werken elektromotoren in wasmachines, stofzuigers, computers, haardrogers, kinderspeelgoed, horloges en vele andere apparaten.

Fundamentele fysieke processen en werkingsprincipe

Elektrische ladingen die naar binnen bewegen, die elektrische stroom worden genoemd, worden altijd beïnvloed door een mechanische kracht die de neiging heeft hun richting af te buigen in een vlak dat loodrecht staat op de oriëntatie van de magnetische krachtlijnen. Wanneer een elektrische stroom door een metalen geleider of een spoel die daarvan is gemaakt, gaat, heeft deze kracht de neiging elke stroomvoerende geleider en de gehele wikkeling als geheel te verplaatsen/roteren.

De onderstaande afbeelding toont een metalen frame waar stroom doorheen vloeit. Het magnetische veld dat erop wordt toegepast, creëert een kracht F voor elke tak van het frame, waardoor een roterende beweging ontstaat.

Deze eigenschap van de interactie van elektrische en magnetische energie, gebaseerd op het creëren van een elektromotorische kracht in een gesloten geleidend circuit, is betrokken bij de werking van elke elektromotor. Het ontwerp omvat:

wikkeling waardoor elektrische stroom vloeit. Het wordt op een speciale ankerkern geplaatst en vastgezet in rotatielagers om de tegenwerking van wrijvingskrachten te verminderen. Deze structuur wordt een rotor genoemd;

een stator die een magnetisch veld creëert, dat met zijn krachtlijnen de elektrische ladingen doordringt die door de windingen van de rotorwikkeling gaan;

behuizing voor het huisvesten van de stator. In de behuizing zijn speciale montagebussen gemaakt, waarbinnen de buitenste loopringen van de rotorlagers zijn gemonteerd.

Een vereenvoudigd ontwerp van de eenvoudigste elektromotor kan worden weergegeven door de volgende afbeelding.

Wanneer de rotor draait, ontstaat er een koppel waarvan het vermogen afhangt van het algemene ontwerp van het apparaat, de hoeveelheid toegepaste elektrische energie en de verliezen ervan tijdens transformaties.

Het maximaal mogelijke koppelvermogen van de motor is altijd kleiner dan de elektrische energie die erop wordt toegepast. Het wordt gekenmerkt door de omvang van de efficiëntiefactor.

Soorten elektromotoren

Op basis van het type stroom dat door de wikkelingen vloeit, zijn ze onderverdeeld in DC- of AC-motoren. Elk van deze twee groepen heeft een groot aantal wijzigingen ondergaan met behulp van verschillende technologische processen.

DC-motoren

Hun statormagneetveld wordt gecreëerd door permanent gemonteerde of speciale elektromagneten met veldwikkelingen. De ankerwikkeling is vast gemonteerd in de as, die gelagerd is en vrij rond zijn eigen as kan draaien.

De basisstructuur van een dergelijke motor wordt weergegeven in de figuur.

Op de ankerkern van ferromagnetisch materiaal bevindt zich een wikkeling bestaande uit twee in serie geschakelde delen, die aan het ene uiteinde zijn verbonden met de geleidende verzamelplaten en het andere met elkaar zijn verbonden. Twee grafietborstels bevinden zich aan diametraal tegenover elkaar liggende uiteinden van het anker en worden tegen de contactvlakken van de commutatorplaten gedrukt.

De onderste borstel van het patroon wordt voorzien van een positieve potentiaal van een constante stroombron, en de bovenste borstel wordt voorzien van een negatieve potentiaal. De richting van de stroom die door de wikkeling vloeit, wordt aangegeven door een gestippelde rode pijl.

De stroom veroorzaakt een magnetisch veld van de noordpool linksonder in het anker, en een zuidpool rechtsboven (gimlet rule). Dit leidt tot afstoting van de rotorpolen van gelijksoortige stationaire polen en aantrekking tot ongelijksoortige polen op de stator. Als gevolg van de uitgeoefende kracht ontstaat er een roterende beweging, waarvan de richting wordt aangegeven door de bruine pijl.

Bij verdere rotatie van het anker, door traagheid, bewegen de polen naar andere collectorplaten. De richting van de stroom daarin verandert in het tegenovergestelde. De rotor blijft verder draaien.

Het eenvoudige ontwerp van een dergelijke collectorinrichting leidt tot grote verliezen aan elektrische energie. Dergelijke motoren werken in eenvoudige apparaten of speelgoed voor kinderen.

DC-elektromotoren die betrokken zijn bij het productieproces hebben een complexer ontwerp:

de wikkeling is niet in tweeën gedeeld, maar in meer delen;

elk wikkelgedeelte is op een eigen paal gemonteerd;

Het verzamelapparaat is gemaakt van een bepaald aantal contactvlakken, afhankelijk van het aantal wikkelsecties.

Als gevolg hiervan wordt een soepele verbinding van elke pool via de contactplaten met de borstels en de stroombron gecreëerd, en worden elektriciteitsverliezen verminderd.

Het apparaat van een dergelijk anker wordt op de afbeelding getoond.

Bij DC-elektromotoren kan de draairichting van de rotor worden omgekeerd. Om dit te doen, volstaat het om de beweging van de stroom in de wikkeling om te keren door de polariteit aan de bron te veranderen.

AC-motoren

Ze verschillen van eerdere ontwerpen doordat de elektrische stroom die in hun wikkeling vloeit, wordt beschreven door periodiek van richting te veranderen (teken). Om ze van stroom te voorzien, wordt spanning geleverd door wisseltekengeneratoren.

De stator van dergelijke motoren is gemaakt van een magnetisch circuit. Het is gemaakt van ferromagnetische platen met groeven waarin kronkelende windingen met een frame (spoel) configuratie worden geplaatst.

Synchrone elektromotoren

Onderstaande afbeelding laat het zien werkingsprincipe van eenfasige AC-motor met synchrone rotatie van de elektromagnetische velden van de rotor en stator.

In de groeven van het magnetische statorcircuit aan diametraal tegenoverliggende uiteinden bevinden zich wikkelgeleiders, schematisch weergegeven in de vorm van een frame waardoorheen wisselstroom vloeit.

Laten we het geval bekijken voor het moment dat overeenkomt met het verstrijken van het positieve deel van zijn halve golf.

Een rotor met een ingebouwde permanente magneet roteert vrij in de lagerringen en heeft een duidelijk gedefinieerde noordelijke “N-mond” en zuidelijke “S-mond” pool. Wanneer een positieve halve stroomgolf door de statorwikkeling stroomt, ontstaat er een magnetisch veld met de polen "S st" en "N st" daarin.

Er ontstaan ​​interactiekrachten tussen de magnetische velden van de rotor en de stator (zoals polen stoten af ​​en tegenovergestelde polen trekken elkaar aan), die de neiging hebben om het anker van de elektromotor van een willekeurige positie naar de uiteindelijke positie te draaien, wanneer de tegenovergestelde polen zich zo dicht mogelijk bij elkaar bevinden. mogelijk ten opzichte van elkaar.

Als we hetzelfde geval beschouwen, maar dan voor het moment waarop de omgekeerde negatieve halve golf van stroom door de framegeleider vloeit, dan zal de rotatie van het anker in de tegenovergestelde richting plaatsvinden.

Om de rotor een continue beweging te geven, wordt er niet één wikkelframe in de stator gemaakt, maar een bepaald aantal, rekening houdend met het feit dat elk van hen wordt gevoed vanuit een afzonderlijke stroombron.

Werkingsprincipe van driefasige synchrone rotatie AC-motor De elektromagnetische velden van de rotor en stator worden weergegeven in de volgende afbeelding.

In dit ontwerp zijn drie wikkelingen A, B en C in het magnetische statorcircuit gemonteerd, onder hoeken van 120 graden ten opzichte van elkaar verschoven. Wikkeling A is geel gemarkeerd, B in groen en C in rood. Elke wikkeling is gemaakt met dezelfde frames als in het vorige geval.

In de afbeelding gaat de stroom voor elk geval door slechts één wikkeling in voorwaartse of achterwaartse richting, wat wordt aangegeven door de tekens “+” en “-”.

Wanneer een positieve halve golf fase A in voorwaartse richting passeert, neemt de rotorveldas een horizontale positie in omdat de magnetische polen van de stator in dit vlak worden gevormd en het bewegende anker aantrekken. Tegenoverliggende rotorpolen hebben de neiging de statorpolen te naderen.

Wanneer de positieve halve golf fase C volgt, draait het anker 60 graden met de klok mee. Nadat stroom wordt geleverd aan fase B, zal een soortgelijke rotatie van het anker plaatsvinden. Elke opeenvolgende stroomstroom in de volgende fase van de volgende wikkeling zal de rotor laten draaien.

Als aan elke wikkeling een driefasige netwerkspanning wordt geleverd die onder een hoek van 120 graden is verschoven, zullen er wisselstromen in circuleren, waardoor het anker zal draaien en een synchrone rotatie ontstaat met het geleverde elektromagnetische veld.

Hetzelfde mechanische ontwerp is met succes gebruikt driefasige stappenmotor. Alleen in elke wikkeling worden met behulp van besturing gelijkstroompulsen geleverd en verwijderd volgens het hierboven beschreven algoritme.

Hun start begint met een roterende beweging, en het stoppen op een bepaald tijdstip zorgt voor een gedoseerde rotatie van de as en stopt onder een geprogrammeerde hoek om bepaalde technologische bewerkingen uit te voeren.

Bij beide beschreven driefasensystemen is het mogelijk de draairichting van het anker te veranderen. Om dit te doen, hoeft u alleen maar de fasevolgorde "A" - "B" - "C" te veranderen in iets anders, bijvoorbeeld "A" - "C" - "B".

De rotatiesnelheid van de rotor wordt geregeld door de duur van de periode T. De reductie ervan leidt tot versnelling van de rotatie. De grootte van de stroomamplitude in een fase hangt af van de interne weerstand van de wikkeling en de waarde van de daarop aangelegde spanning. Het bepaalt de hoeveelheid koppel en vermogen van de elektromotor.

Asynchrone elektromotoren

Deze motorontwerpen hebben hetzelfde statormagnetische circuit met wikkelingen als in de eerder besproken eenfasige en driefasige modellen. Ze kregen hun naam vanwege de niet-synchrone rotatie van de elektromagnetische velden van het anker en de stator. Dit werd gedaan door de rotorconfiguratie te verbeteren.

De kern is gemaakt van stalen platen van elektrische kwaliteit met groeven. Ze zijn voorzien van aluminium of koperen stroomgeleiders, die aan de uiteinden van het anker zijn afgesloten door geleidende ringen.

Wanneer er spanning wordt aangelegd op de statorwikkelingen, wordt door een elektromotorische kracht een elektrische stroom in de rotorwikkeling geïnduceerd en wordt een magnetisch veld van het anker gecreëerd. Wanneer deze elektromagnetische velden op elkaar inwerken, begint de motoras te draaien.

Met dit ontwerp is rotorbeweging alleen mogelijk nadat een roterend elektromagnetisch veld in de stator is ontstaan ​​en deze daarmee in een asynchrone modus verdergaat.

Asynchrone motoren zijn eenvoudiger van ontwerp. Daarom zijn ze goedkoper en worden ze veel gebruikt in industriële installaties en huishoudelijke apparaten.

Lineaire motoren

Veel werkende delen van industriële mechanismen voeren een heen en weer gaande of voorwaartse beweging uit in één vlak, noodzakelijk voor de bediening van metaalbewerkingsmachines, voertuigen, hamerslagen bij het heien...

Het verplaatsen van een dergelijk werklichaam met behulp van versnellingsbakken, kogelomloopspindels, riemaandrijvingen en soortgelijke mechanische apparaten van een roterende elektromotor compliceert het ontwerp. Een moderne technische oplossing voor dit probleem is de werking van een lineaire elektromotor.

De stator en rotor zijn langwerpig in de vorm van strips en niet in ringen gevouwen, zoals die van roterende elektromotoren.

Het werkingsprincipe is het verlenen van een heen en weer gaande lineaire beweging aan de runner-rotor als gevolg van de overdracht van elektromagnetische energie van een stationaire stator met een open magnetisch circuit van een bepaalde lengte. Binnenin wordt, door afwisselend de stroom in te schakelen, een lopend magnetisch veld gecreëerd.

Het werkt op de ankerwikkeling met de commutator. De krachten die bij een dergelijke motor optreden, bewegen de rotor alleen in een lineaire richting langs de geleidingselementen.

Lineaire motoren zijn ontworpen om op gelijk- of wisselstroom te werken en kunnen in synchrone of asynchrone modus werken.

De nadelen van lineaire motoren zijn:

complexiteit van technologie;

hoge prijs;

lage energieniveaus.

Om presentatievoorbeelden te gebruiken, maakt u een Google-account aan en logt u daarop in: https://accounts.google.com

Onderschriften van dia's:

Bepaal op de afbeeldingen de richting van de Ampèrekracht, de richting van de stroom in de geleider, de richting van de magnetische veldlijnen en de polen van de magneet. N S F = 0 Laten we het onthouden.

Laboratoriumwerk nr. 11 Studie van een gelijkstroom-elektromotor (op model). Doel van het werk: kennis maken met een model van een DC-elektromotor met zijn structuur en werking. Uitrusting en materialen: model elektromotor, laboratoriumvoeding, sleutel, aansluitdraden.

Veiligheidsvoorschriften. Er mogen geen vreemde voorwerpen op tafel liggen. Aandacht! Elektriciteit! De isolatie van de geleiders mag niet beschadigd raken. Zet het circuit niet aan zonder toestemming van de leraar. Raak de draaiende delen van de elektromotor niet met uw handen aan. Lang haar moet worden verwijderd, zodat het niet verstrikt raakt in de draaiende delen van de motor. Na voltooiing van de werkzaamheden brengt u de werkplek op orde, opent u het circuit en demonteert u deze.

De volgorde van werken. 1. Beschouw het model van de elektromotor. Geef de belangrijkste onderdelen ervan aan in figuur 1. 1 2 3 Afb.1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ____________________________________________

2. Monteer een elektrisch circuit bestaande uit een stroombron, een elektromotormodel, een sleutel, en verbind alles in serie. Teken een diagram van de schakeling.

3. Draai de motor. Als de motor niet werkt, zoek dan de redenen op en elimineer deze. 4. Verander de richting van de stroom in het circuit. Observeer de rotatie van het bewegende deel van de elektromotor. 5. Trek een conclusie.

Literatuur: 1. Natuurkunde. Groep 8: studies. voor algemeen vormend onderwijs instellingen/A.V. Peryshkin., afgerond. Natuurkunde. Groep 8: studies. Voor algemeen vormend onderwijs instellingen / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya. 3. Laboratoriumwerk en testopdrachten in de natuurkunde: notitieboekje voor leerlingen van groep 8 - Saratov: Lyceum, 2009. 4. Notitieboekje voor laboratoriumwerk. Sarahman I.D. Gemeentelijke onderwijsinstelling middelbare school nr. 8 in Mozdoka, Noord-Ossetië-Alania. 5. Laboratoriumwerk op school en thuis: mechanica / V.F. Shilov.-M.: Education, 2007. 6. Verzameling van problemen in de natuurkunde. Groepen 7-9: een handleiding voor studenten van het algemeen vormend onderwijs. instellingen / V.I. Ivanova.-24e ed.-M.: Onderwijs, 2010.

Voorbeeld:

Laboratoriumwerk nr. 11

(op model)

Doel van het werk

Apparaten en materialen

Voortgang.

Laboratoriumwerk nr. 11

DC-elektromotor bestuderen

(op model)

Doel van het werk : maak kennis met een model van een DC-elektromotor met zijn structuur en werking.

Apparaten en materialen: model elektromotor, laboratoriumvoeding, sleutel, aansluitdraden.

Veiligheidsvoorschriften.

Er mogen geen vreemde voorwerpen op tafel liggen. Aandacht! Elektriciteit! De isolatie van de geleiders mag niet beschadigd raken. Zet het circuit niet aan zonder toestemming van de leraar. Raak de draaiende delen van de elektromotor niet met uw handen aan.

Oefen taken en vragen

1. Op welk natuurkundig fenomeen is de werking van een elektromotor gebaseerd?

2.Wat zijn de voordelen van elektromotoren ten opzichte van thermische motoren?

3. Waar worden DC-elektromotoren gebruikt?

Voortgang.

1. Beschouw het model van de elektromotor. Geef de belangrijkste onderdelen ervan aan in figuur 1.

2. Monteer een elektrisch circuit bestaande uit een stroombron, een elektromotormodel, een sleutel, en verbind alles in serie. Teken een diagram van de schakeling.

Figuur 1

Een conclusie trekken.

3. Draai de motor. Als de motor niet werkt, zoek dan de redenen op en elimineer deze.

4. Verander de richting van de stroom in het circuit. Observeer de rotatie van het bewegende deel van de elektromotor.

Figuur 1

Een elektromotor is een elektrisch apparaat dat elektrische energie omzet in mechanische energie. Tegenwoordig worden elektromotoren in de industrie veel gebruikt om verschillende machines en mechanismen aan te drijven. In het huishouden worden ze geïnstalleerd in een wasmachine, koelkast, sapcentrifuge, keukenmachine, ventilatoren, elektrische scheerapparaten, enz. Elektromotoren drijven de apparaten en mechanismen aan die erop zijn aangesloten.

In dit artikel zal ik het hebben over de meest voorkomende typen en werkingsprincipes van AC-elektromotoren, die veel worden gebruikt in de garage, het huishouden of de werkplaats.

Hoe werkt een elektromotor?

De motor werkt op basis van het effect, ontdekt door Michael Faraday in 1821. Hij deed de ontdekking dat wanneer een elektrische stroom in een geleider in wisselwerking staat met een magneet, er een continue rotatie kan optreden.

Als het zich in een uniform magnetisch veld bevindt Plaats het frame in een verticale positie en laat er stroom doorheen lopen, dan zal er rond de geleider een elektromagnetisch veld ontstaan, dat zal interageren met de polen van de magneten. Het frame zal van de een afstoten en naar de ander aantrekken.

Als gevolg hiervan zal het frame naar een horizontale positie draaien, waarbij het effect van het magnetische veld op de geleider nul zal zijn. Om de rotatie voort te zetten, is het noodzakelijk om op het juiste moment nog een frame onder een hoek toe te voegen of de richting van de stroom in het frame te veranderen.

In de figuur gebeurt dit met behulp van twee halve ringen, waaraan de contactplaten van de batterij grenzen. Als gevolg hiervan verandert na het voltooien van een halve draai de polariteit en gaat de rotatie door.

In moderne elektromotoren In plaats van permanente magneten worden inductoren of elektromagneten gebruikt om een ​​magnetisch veld te creëren. Als je een motor demonteert, zie je gewikkelde draadwindingen bedekt met isolerende vernis. Deze windingen zijn de elektromagneet of, zoals ze ook wel worden genoemd, de veldwikkeling.

Thuis Permanente magneten worden gebruikt in kinderspeelgoed op batterijen.

In andere gevallen krachtiger Motoren gebruiken alleen elektromagneten of wikkelingen. Het roterende deel daarmee wordt de rotor genoemd en het stationaire deel is de stator.

Soorten elektromotoren

Tegenwoordig zijn er nogal wat elektromotoren van verschillende ontwerpen en typen. Ze kunnen worden gescheiden per type stroomvoorziening:

1. Wisselstroom, werkt rechtstreeks op het lichtnet.
2. Gelijkstroom die werken op batterijen, oplaadbare batterijen, voedingen of andere gelijkstroombronnen.

Volgens het werkingsprincipe:

1. Synchronisch, die wikkelingen op de rotor hebben en een borstelmechanisme om er elektrische stroom aan te leveren.
2. Asynchroon, het eenvoudigste en meest voorkomende type motor. Ze hebben geen borstels of wikkelingen op de rotor.

Een synchrone motor draait synchroon met het magnetische veld dat hem roteert, terwijl een asynchrone motor langzamer draait dan het roterende magnetische veld in de stator.

Werkingsprincipe en ontwerp van een asynchrone elektromotor

In het asynchrone geval motor worden statorwikkelingen gelegd (voor 380 Volt zullen er 3 zijn), die een roterend magnetisch veld creëren. Hun uiteinden zijn verbonden met een speciaal klemmenblok voor aansluiting. De wikkelingen worden gekoeld dankzij een ventilator die op de as aan het uiteinde van de elektromotor is gemonteerd.

Rotor, dat uit één stuk bestaat met de as, is gemaakt van metalen staven die aan beide zijden met elkaar gesloten zijn, daarom wordt het kortgesloten genoemd.
Dankzij dit ontwerp is er geen noodzaak voor frequent periodiek onderhoud en vervanging van de huidige voedingsborstels, waardoor de betrouwbaarheid, duurzaamheid en betrouwbaarheid vele malen toenemen.

Gebruikelijk, belangrijkste oorzaak van falen van een asynchrone motor is de slijtage van de lagers waarin de as draait.

Werkingsprincipe. Om een ​​asynchrone motor te laten werken is het noodzakelijk dat de rotor langzamer draait dan het elektromagnetische veld van de stator, waardoor er een EMF wordt geïnduceerd (er ontstaat een elektrische stroom) in de rotor. Een belangrijke voorwaarde hierbij is dat als de rotor met dezelfde snelheid zou roteren als het magnetische veld, er volgens de wet van elektromagnetische inductie geen EMF in zou worden geïnduceerd en er dus geen rotatie zou plaatsvinden. Maar in werkelijkheid zal de rotor, als gevolg van lagerwrijving of asbelasting, altijd langzamer draaien.

Magnetische polen roteren voortdurend in de motorwikkelingen en de richting van de stroom in de rotor verandert voortdurend. Op een bepaald moment wordt bijvoorbeeld de richting van de stromen in de stator- en rotorwikkelingen schematisch weergegeven in de vorm van kruisjes (stroom vloeit van ons weg) en stippen (stroom naar ons toe). Het roterende magnetische veld wordt weergegeven als een stippellijn.

Bijvoorbeeld, hoe werkt een cirkelzaag. Zonder belasting heeft hij de hoogste snelheid. Maar zodra we beginnen met het snijden van de plank, neemt de rotatiesnelheid af en tegelijkertijd begint de rotor langzamer te draaien ten opzichte van het elektromagnetische veld en begint er, volgens de wetten van de elektrotechniek, een nog grotere EMF te worden geïnduceerd. Het. De stroom die door de motor wordt verbruikt, neemt toe en deze begint op vol vermogen te werken. Als de belasting op de as zo groot is dat deze stopt, kan schade aan de rotor van de eekhoornkooi optreden als gevolg van de maximale waarde van de daarin geïnduceerde EMF. Daarom is het belangrijk om een ​​motor met het juiste vermogen te selecteren. Neem je een grotere, dan zijn de energiekosten onterecht.

Rotorsnelheid hangt af van het aantal polen. Bij 2 polen zal de rotatiesnelheid gelijk zijn aan de rotatiesnelheid van het magnetische veld, gelijk aan maximaal 3000 omwentelingen per seconde bij een netwerkfrequentie van 50 Hz. Om de snelheid met de helft te verminderen, is het noodzakelijk om het aantal polen in de stator te vergroten tot vier.

Een belangrijk nadeel van asynchroon motoren is dat ze de rotatiesnelheid van de as alleen kunnen aanpassen door de frequentie van de elektrische stroom te veranderen. En dus is het niet mogelijk om een ​​constante asrotatiesnelheid te bereiken.

Werkingsprincipe en ontwerp van een AC-synchrone elektromotor

Dit type elektromotor wordt gebruikt in het dagelijks leven waar een constante rotatiesnelheid vereist is, de mogelijkheid om deze aan te passen, maar ook als een rotatiesnelheid van meer dan 3000 tpm vereist is (dit is het maximum voor asynchrone).

Synchrone motoren worden geïnstalleerd in elektrisch gereedschap, stofzuigers, wasmachines, enz.

In een synchrone behuizing In de AC-motor bevinden zich wikkelingen (3 in de figuur), die ook op de rotor of het anker (1) zijn gewikkeld. Hun kabels zijn gesoldeerd aan de sectoren van de sleepring of collector (5), waarop spanning wordt toegepast met behulp van grafietborstels (4). Bovendien zijn de aansluitingen zo geplaatst dat de borstels altijd slechts één paar van spanning voorzien.

Meest voorkomende storingen commutatormotoren zijn:

1. Borstel slijtage of hun slechte contact als gevolg van verzwakking van de drukveer.
2. Vervuiling van de collector. Reinigen met alcohol of schuurpapier.
3. Slijtage van lagers.

Werkingsprincipe. Het koppel in een elektromotor ontstaat als gevolg van de interactie tussen de ankerstroom en de magnetische flux in de veldwikkeling. Bij een verandering van de richting van de wisselstroom zal tegelijkertijd ook de richting van de magnetische flux in de behuizing en het anker veranderen, waardoor de rotatie altijd in één richting zal zijn.

1. Doel van de werkzaamheden: Bestudeer de startkenmerken, mechanische kenmerken en methoden voor het regelen van de rotatiesnelheid van een DC-motor met gemengde excitatie.

Adaniye.

2.1. naar zelfstandig werken:

Bestudeer de ontwerpkenmerken, schakelcircuits van DC-motoren;

Bestudeer de methode voor het verkrijgen van de mechanische kenmerken van een gelijkstroommotor;

Maak uzelf vertrouwd met de kenmerken van het starten en regelen van de rotatiesnelheid van een gelijkstroommotor;

Teken schakelschema's voor het meten van de weerstand van het ankercircuit en de veldwikkelingen (Fig. 6.4) en het testen van de motor (Fig. 6.2);

Met behulp van afb. 6.2 en 6.3 stellen een installatieschema op;

Teken de vormen van tabellen 6.1... 6.4;

Bereid mondelinge antwoorden voor op testvragen.

2.2. werken in het laboratorium:

Maak uzelf vertrouwd met de laboratoriumopstelling;

Noteer in tabel 6.1. gegevens op het motortypeplaatje;

Meet de weerstand van het ankercircuit en de veldwikkelingen. Noteer de gegevens in tabel 6.1;

Monteer het circuit en voer een studie van de motor uit, noteer de gegevens in tabellen 6.2, 6.3, 6.4;

Construeer een natuurlijke mechanische karakteristiek n=f(M) en snelheidskarakteristieken n=f(I B) en n=f(U);

Trek conclusies op basis van de onderzoeksresultaten.

Algemene informatie.

DC-motoren hebben, in tegenstelling tot AC-motoren (voornamelijk asynchroon), een hogere startkoppelverhouding en overbelastingscapaciteit, en zorgen voor een soepele regeling van de rotatiesnelheid van de werkende machine. Daarom worden ze gebruikt om machines en mechanismen met moeilijke startomstandigheden aan te drijven (bijvoorbeeld als starters in verbrandingsmotoren), maar ook wanneer het nodig is om de rotatiesnelheid binnen grote grenzen te regelen (toevoermechanismen van werktuigmachines, loop- remstandaards, geëlektrificeerde voertuigen).

Structureel bestaat de motor uit een stationaire eenheid (inductor) en een roterende eenheid (anker). De veldwikkelingen bevinden zich op de magnetische kern van de inductor. Er zijn er twee in een motor met gemengde bekrachtiging: parallel met klemmen Ø 1 en Ø2 en serieel met klemmen C1 en C2 (Fig. 6.2). De weerstand van de parallelwikkeling R ovsh bedraagt, afhankelijk van het motorvermogen, enkele tientallen tot honderden Ohms. Het is gemaakt van draad met een kleine doorsnede en een groot aantal windingen. De seriewikkeling heeft een lage weerstand R obc (meestal van enkele Ohm tot fracties van een Ohm), omdat bestaat uit een klein aantal windingen van draad met een grote dwarsdoorsnede. De inductor wordt gebruikt om een ​​magnetische excitatieflux te creëren wanneer de wikkelingen van gelijkstroom worden voorzien.

De ankerwikkeling wordt in de groeven van het magnetische circuit geplaatst en naar de collector gebracht. Met behulp van borstels zijn de klemmen I en I 2 verbonden met een gelijkstroombron. De weerstand van de ankerwikkeling R I is klein (ohm of fracties van een ohm).

Het koppel M van een gelijkstroommotor ontstaat door de interactie van de ankerstroom Iya met de magnetische excitatieflux F:

М=К × Iя × Ф, (6,1)

waarbij K een constante coëfficiënt is, afhankelijk van het motorontwerp.

Wanneer het anker roteert, kruist de wikkeling de magnetische excitatieflux en wordt er een emf E in geïnduceerd, evenredig met de rotatiefrequentie n:

E = C × n × Ф, (6,2)

waarbij C een constante coëfficiënt is, afhankelijk van het motorontwerp.

Ankercircuitstroom:

I I =(U–E)/(RI +R OBC)=(U–С×n ×Ф)/(RI +R OBC), (6,3)

Door de uitdrukkingen 6.1 en 6.3 samen op te lossen met betrekking tot n, vinden we een analytische uitdrukking voor de mechanische eigenschappen van de motor n=F(M). De grafische weergave ervan wordt weergegeven in figuur 6.1.

Rijst. 6.1. Mechanische kenmerken van een DC-motor met gemengde excitatie

Punt A komt overeen met stationair draaiende motor bij toerental nr. Bij toenemende mechanische belasting neemt de rotatiesnelheid af en neemt het koppel toe, waarbij de nominale waarde MH op punt B wordt bereikt. In het vliegtuiggedeelte is de motor overbelast. De huidige Iya overschrijdt de nominale waarde, wat leidt tot een snelle verwarming van het anker en de OVS-wikkelingen, en de vonken op de collector nemen toe. Het maximale koppel M max (punt C) wordt beperkt door de bedrijfsomstandigheden van de collector en de mechanische sterkte van de motor.

Als we de mechanische karakteristiek voortzetten totdat deze de koppelas op punt D snijdt, zouden we de waarde van het startkoppel verkrijgen wanneer de motor rechtstreeks op het netwerk is aangesloten, en de stroom in het ankercircuit, in overeenstemming met de formule 6.3, neemt sterk toe.

Om de startstroom te verminderen, is een startweerstand Rx (Fig. 6.2) met weerstand in serie verbonden met het ankercircuit:

Rx = U H / (1,3...2,5) ×I Ya.N. - (RI - R obc), (6,4)

waarbij Uh de nominale netwerkspanning is;

ik Y.N. - nominale ankerstroom.

Het verminderen van de ankerstroom tot (1,3...2,5)×I Ya.N. zorgt voor voldoende startkoppel MP (punt D). Terwijl de motor accelereert, wordt de weerstand Rx teruggebracht tot nul, waarbij een ongeveer constante waarde van MP behouden blijft (sectie SD).

Met de weerstand RB in het circuit van de parallelle bekrachtigingswikkeling (Fig. 6.2) kunt u de grootte van de magnetische flux Ф regelen (formule 6.1). Voordat de motor wordt gestart, wordt deze volledig teruggetrokken om het vereiste startkoppel te verkrijgen bij een minimale ankerstroom.

Met behulp van formule 6.3 bepalen we het motortoerental

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

waarin R I, R obc en C constante grootheden zijn, en U, II en Ф kunnen worden gewijzigd. Dit geeft aanleiding tot drie mogelijke manieren om het motortoerental te regelen:

Het wijzigen van de waarde van de geleverde spanning;

Door de waarde van de ankerstroom te veranderen met behulp van de regelweerstand Rx, die, in tegenstelling tot de startweerstand, is ontworpen voor continu gebruik;

Door de grootte van de magnetische excitatieflux F te veranderen, die evenredig is met de stroom in de wikkelingen OVSh en OVS. Bij parallelle wikkeling kan deze worden afgesteld met een reostaat R b. Weerstand R b wordt genomen afhankelijk van de vereiste snelheidsregelingslimieten RB = (2...5) R obsh.

Het typeplaatje van de motor vermeldt het nominale toerental, dat overeenkomt met het nominale vermogen op de motoras bij de nominale netspanning en de uitgangsweerstanden van de reostaten RX en RB.