العمل المختبري على دراسة محرك التيار المستمر. نحن نفهم مبادئ تشغيل المحركات الكهربائية: مزايا وعيوب الأنواع المختلفة. وفقا لمبدأ التشغيل

تم تصميم أي محرك كهربائي لأداء الأعمال الميكانيكية بسبب استهلاك الكهرباء المطبقة عليه، والتي يتم تحويلها، كقاعدة عامة، إلى حركة دورانية. على الرغم من وجود نماذج في التكنولوجيا تعمل على إنشاء حركة انتقالية للجسم العامل على الفور. يطلق عليهم المحركات الخطية.

في المنشآت الصناعية، تقوم المحركات الكهربائية بتشغيل مختلف الآلات والأجهزة الميكانيكية المشاركة في عملية الإنتاج التكنولوجي.

داخل الأجهزة المنزلية، تعمل المحركات الكهربائية غسالة ملابسوالمكانس الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر ومجففات الشعر وألعاب الأطفال والساعات والعديد من الأجهزة الأخرى.

العمليات الفيزيائية الأساسية و مبدأ التشغيل

على تلك المتحركة في الداخل الشحنات الكهربائيةوالتي تسمى بالتيار الكهربائي، هناك دائمًا قوة ميكانيكية تميل إلى انحراف اتجاهها في مستوى يقع بشكل متعامد مع اتجاه خطوط القوة المغناطيسية. عندما يمر تيار كهربائي عبر موصل معدني أو ملف مصنوع منه، تميل هذه القوة إلى تحريك/تدوير كل موصل يحمل التيار والملف بأكمله ككل.

توضح الصورة أدناه إطارًا معدنيًا يتدفق من خلاله التيار. يخلق المجال المغناطيسي المطبق عليه قوة F لكل فرع من فروع الإطار، مما يخلق حركة دورانية.

تشارك خاصية تفاعل الطاقة الكهربائية والمغناطيسية القائمة على إنشاء قوة دافعة كهربائية في دائرة موصلة مغلقة في تشغيل أي محرك كهربائي. تصميمه يشمل:

اللف الذي يتدفق من خلاله التيار الكهربائي. يتم وضعه على قلب مرساة خاص ويتم تثبيته في محامل الدوران لتقليل مقاومة قوى الاحتكاك. هذا الهيكل يسمى الدوار.

الجزء الثابت الذي يخلق مجالًا مغناطيسيًا به خطوط الكهرباءيخترق الشحنات الكهربائية التي تمر عبر لفات الدوار.

السكن لإسكان الجزء الثابت. يتم تصنيع مآخذ تثبيت خاصة داخل السكن، حيث يتم تركيب السباقات الخارجية للمحامل الدوارة.

يمكن تمثيل التصميم المبسط لأبسط محرك كهربائي من خلال الصورة التالية.

عندما يدور الدوار، يتم إنشاء عزم الدوران، وتعتمد قوته على التصميم العام للجهاز، وكمية الطاقة الكهربائية المطبقة، وخسائرها أثناء التحولات.

تكون أقصى قوة عزم دوران ممكنة للمحرك دائمًا أقل من الطاقة الكهربائية المطبقة عليه. ويتميز بضخامة عامل الكفاءة.

أنواع المحركات الكهربائية

بناءً على نوع التيار المتدفق عبر اللفات، يتم تقسيمها إلى محركات DC أو DC. التيار المتناوب. تحتوي كل من هاتين المجموعتين على عدد كبير من التعديلات باستخدام عمليات تكنولوجية مختلفة.

محركات كهربائية التيار المباشر

يتم إنشاء المجال المغناطيسي الثابت الخاص بهم بواسطة مغناطيسات كهربائية مثبتة بشكل دائم أو خاصة مع ملفات المجال. يتم تثبيت ملف المحرك بشكل صارم في العمود، والذي يتم تثبيته في المحامل ويمكن أن يدور بحرية حول محوره.

يظهر الهيكل الأساسي لمثل هذا المحرك في الشكل.

يوجد في قلب عضو الإنتاج المصنوع من مواد مغناطيسية ملف يتكون من جزأين متصلين على التوالي، متصلان في أحد طرفيهما بألواح المجمع الموصلة، والآخر متصلان ببعضهما البعض. توجد فرشتان من الجرافيت على طرفي نقيض تمامًا من عضو الإنتاج ويتم ضغطهما على وسادات التلامس الخاصة بألواح المبدل.

يتم تزويد الفرشاة السفلية للنمط بإمكانات إيجابية لمصدر تيار ثابت، ويتم تزويد الفرشاة العلوية بإمكانات سلبية. يظهر اتجاه التيار المتدفق خلال الملف بواسطة سهم أحمر منقط.

يسبب التيار مجالًا مغناطيسيًا للقطب الشمالي في الجزء السفلي الأيسر من عضو الإنتاج، وقطبًا جنوبيًا في الجزء العلوي الأيمن (قاعدة الثقب). وهذا يؤدي إلى تنافر أقطاب الجزء المتحرك من الأقطاب الثابتة المتشابهة والانجذاب إلى أقطاب مختلفة في الجزء الثابت. نتيجة للقوة المطبقة، تحدث حركة دورانية، يشار إلى اتجاهها بالسهم البني.

مع زيادة دوران عضو الإنتاج، بسبب القصور الذاتي، تنتقل الأعمدة إلى لوحات التجميع الأخرى. يتغير اتجاه التيار فيها إلى العكس. يستمر الدوار في الدوران أكثر.

يؤدي التصميم البسيط لجهاز التجميع هذا إلى خسائر كبيرة في الطاقة الكهربائية. تعمل هذه المحركات في أجهزة أو ألعاب بسيطة للأطفال.

تتميز المحركات الكهربائية DC المشاركة في عملية الإنتاج بتصميم أكثر تعقيدًا:

لا يتم تقسيم اللف إلى قسمين، بل إلى أجزاء أكثر؛

يتم تثبيت كل قسم متعرج على القطب الخاص به؛

يتكون جهاز التجميع من عدد معين من وسادات التلامس وفقًا لعدد أقسام اللف.

ونتيجة لذلك، يتم إنشاء اتصال سلس لكل عمود من خلال لوحات الاتصال الخاصة به مع الفرش ومصدر التيار، ويتم تقليل فقد الكهرباء.

يظهر جهاز مثل هذا المرساة في الصورة.

بالنسبة للمحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر، يمكن عكس اتجاه دوران الدوار. للقيام بذلك، يكفي عكس حركة التيار في الملف عن طريق تغيير القطبية عند المصدر.

محركات التيار المتردد

وهي تختلف عن التصاميم السابقة في أن التيار الكهربائي المتدفق في لفها يوصف بتغيير اتجاهه (علامة) بشكل دوري. ولتشغيلها، يتم توفير الجهد من مولدات الإشارات المتناوبة.

يتكون الجزء الثابت لهذه المحركات من دائرة مغناطيسية. وهي مصنوعة من ألواح مغناطيسية حديدية ذات أخاديد يتم فيها وضع لفات مع تكوين إطار (ملف).

المحركات الكهربائية المتزامنة

الصورة أدناه تظهر مبدأ عمل محرك التيار المتردد أحادي الطورمع دوران متزامن للمجالات الكهرومغناطيسية للدوار والجزء الثابت.

في أخاديد الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت عند الأطراف المتقابلة تمامًا، توجد موصلات متعرجة، تظهر بشكل تخطيطي في شكل إطار يتدفق من خلاله التيار المتردد.

دعونا نتأمل الحالة بالنسبة للحظة الزمنية المقابلة لمرور الجزء الموجب من نصف موجته.

يدور الدوار ذو المغناطيس الدائم المدمج بحرية في سباقات المحامل، والتي لها قطب شمالي "N" محدد بوضوح وقطب "S" جنوبي. عندما يتدفق نصف موجة موجبة من التيار عبر ملف الجزء الثابت، يتم إنشاء مجال مغناطيسي به قطبين "S st" و"N st".

تنشأ قوى التفاعل بين المجالات المغناطيسية للعضو الدوار والجزء الثابت (مثل تنافر الأقطاب وتجاذب الأقطاب المقابلة)، والتي تميل إلى تدوير عضو المحرك الكهربائي من موضع عشوائي إلى الوضع النهائي، عندما تكون الأقطاب المقابلة قريبة قدر الإمكان بالنسبة لبعضها البعض.

إذا أخذنا في الاعتبار نفس الحالة، ولكن في الوقت الحالي عندما يتدفق نصف موجة عكسية سلبية من التيار عبر موصل الإطار، فإن دوران عضو الإنتاج سيحدث في الاتجاه المعاكس.

لنقل الحركة المستمرة إلى الجزء المتحرك، لا يتم عمل إطار لف واحد في الجزء الثابت، بل عدد معين منهم، مع الأخذ في الاعتبار أن كل واحد منهم يتم تغذيته من مصدر تيار منفصل.

مبدأ التشغيل محرك ثلاثي الطوردوران متزامن للتيار المترددتظهر المجالات الكهرومغناطيسية للعضو الدوار والجزء الثابت في الصورة التالية.

في هذا التصميم، يتم تركيب ثلاث ملفات A وB وC داخل الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت، ويتم إزاحتها بزوايا 120 درجة لبعضها البعض. تم تحديد اللف A أصفر، B أخضر، و C أحمر. كل لف مصنوع بنفس الإطارات كما في الحالة السابقة.

في الصورة، في كل حالة، يمر التيار عبر ملف واحد فقط في الاتجاه الأمامي أو العكسي، وهو ما يظهر من خلال علامتي "+" و "-".

عندما تمر نصف موجة موجبة عبر المرحلة A في الاتجاه الأمامي، يتخذ محور المجال الدوار وضعًا أفقيًا لأن الأقطاب المغناطيسية للجزء الثابت تتشكل في هذا المستوى وتجذب عضو الإنتاج المتحرك. تميل أقطاب الجزء المتحرك المتقابلة إلى الاقتراب من أقطاب الجزء الثابت.

عندما يتبع نصف الموجة الموجب المرحلة C، سوف يدور عضو الإنتاج بمقدار 60 درجة في اتجاه عقارب الساعة. بعد أن يتم توفير التيار إلى المرحلة B، سيحدث دوران مماثل لعضو الإنتاج. كل تدفق متتالي للتيار في المرحلة التالية من الملف التالي سوف يدور الدوار.

إذا تم توفير جهد شبكة ثلاثي الطور يتم إزاحته بزاوية 120 درجة لكل ملف، فسيتم تعميم التيارات المتناوبة فيها، والتي ستدور المحرك وتخلق دورانًا متزامنًا مع المجال الكهرومغناطيسي المزود.

تم استخدام نفس التصميم الميكانيكي بنجاح محرك السائر ثلاثي الطور. فقط في كل ملف، بمساعدة التحكم، يتم توفير وإزالة نبضات التيار المباشر وفقًا للخوارزمية الموضحة أعلاه.

تبدأ بدايتها بحركة دورانية، ويضمن التوقف عند نقطة زمنية معينة دورانًا محددًا للعمود ويتوقف عند زاوية مبرمجة لتنفيذ عمليات تكنولوجية معينة.

في كلا النظامين ثلاثي الطور الموصوفين، من الممكن تغيير اتجاه دوران عضو الإنتاج. للقيام بذلك، تحتاج فقط إلى تغيير تسلسل المرحلة "A" - "B" - "C" إلى شيء آخر، على سبيل المثال، "A" - "C" - "B".

يتم تنظيم سرعة دوران الدوار من خلال مدة الفترة T. ويؤدي تخفيضها إلى تسارع الدوران. يعتمد حجم السعة الحالية في الطور على المقاومة الداخلية للملف وقيمة الجهد المطبق عليه. فهو يحدد مقدار عزم الدوران وقوة المحرك الكهربائي.

المحركات الكهربائية غير المتزامنة

تحتوي تصميمات المحركات هذه على نفس الدائرة المغناطيسية للجزء الثابت مع الملفات كما في النماذج أحادية الطور وثلاثية الطور التي تمت مناقشتها مسبقًا. لقد حصلوا على اسمهم بسبب الدوران غير المتزامن للمجالات الكهرومغناطيسية للعضو الثابت والعضو الثابت. تم ذلك عن طريق تحسين تكوين الدوار.

يتكون قلبها من صفائح فولاذية كهربائية ذات أخاديد. وهي مجهزة بموصلات تيار من الألومنيوم أو النحاس، والتي يتم إغلاقها في نهايات عضو الإنتاج بواسطة حلقات موصلة.

عندما يتم تطبيق الجهد على ملفات الجزء الثابت، يتم حث تيار كهربائي في ملف الجزء المتحرك بواسطة قوة دافعة كهربائية ويتم إنشاء مجال مغناطيسي لعضو الإنتاج. عندما تتفاعل هذه المجالات الكهرومغناطيسية، يبدأ عمود المحرك في الدوران.

مع هذا التصميم، لا تكون حركة الجزء المتحرك ممكنة إلا بعد ظهور مجال كهرومغناطيسي دوار في الجزء الثابت واستمراره في وضع التشغيل غير المتزامن معه.

المحركات غير المتزامنة أبسط في التصميم. ولذلك، فهي أرخص وتستخدم على نطاق واسع في المنشآت الصناعية والأجهزة المنزلية.

المحركات الخطية

تؤدي العديد من أجزاء العمل في الآليات الصناعية حركة ترددية أو انتقالية في مستوى واحد، وهي ضرورية لتشغيل آلات تشغيل المعادن، عربة، ضربات المطرقة عند دق الأكوام ...

يؤدي تحريك جسم العمل هذا باستخدام علب التروس والبراغي الكروية ومحركات الحزام والأجهزة الميكانيكية المماثلة من محرك كهربائي دوار إلى تعقيد التصميم. حديث حل تقنيهذه المشكلة هي تشغيل محرك كهربائي خطي.

الجزء الثابت والدوار ممدودان على شكل شرائط، وليسا مطويتين في حلقات، مثل تلك الموجودة في المحركات الكهربائية الدوارة.

مبدأ التشغيل هو نقل الحركة الخطية الترددية إلى الدوار الدوار بسبب نقل الطاقة الكهرومغناطيسية من الجزء الثابت الثابت بدائرة مغناطيسية مفتوحة بطول معين. بداخله، عن طريق تشغيل التيار بالتناوب، يتم إنشاء مجال مغناطيسي قيد التشغيل.

إنه يعمل على لف حديد التسليح مع العاكس. تعمل القوى الناشئة في مثل هذا المحرك على تحريك الدوار فقط في اتجاه خطي على طول عناصر التوجيه.

تم تصميم المحركات الخطية للعمل بالتيار المباشر أو المتناوب ويمكن أن تعمل في الوضع المتزامن أو غير المتزامن.

عيوب المحركات الخطية هي:

تعقيد التكنولوجيا

غالي السعر؛

مستويات طاقة منخفضة.

لاستخدام معاينات العرض التقديمي، قم بإنشاء حساب لنفسك ( حساب) جوجل وتسجيل الدخول: https://accounts.google.com

التسميات التوضيحية للشرائح:

حدد في الصور اتجاه قوة الأمبير، واتجاه التيار في الموصل، واتجاه خطوط المجال المغناطيسي، وأقطاب المغناطيس. N S F = 0 لنتذكر.

العمل المعملي رقم 11 دراسة محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر (على نموذج). الغرض من العمل: التعرف على نموذج للمحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار المستمر وهيكله وتشغيله. المعدات والمواد: نموذج المحرك الكهربائي، مصدر طاقة المختبر، المفتاح، أسلاك التوصيل.

لوائح السلامة. لا ينبغي أن يكون هناك أي أجسام غريبة على الطاولة. انتباه! كهرباء! يجب ألا يتضرر عزل الموصلات. لا تقم بتشغيل الدائرة دون إذن المعلم. لا تلمس الأجزاء الدوارة للمحرك الكهربائي بيديك. يجب إزالة الشعر الطويل حتى لا يعلق في الأجزاء الدوارة للمحرك. بعد الانتهاء من العمل مكان العملقم بالترتيب وافتح الدائرة وتفكيكها.

ترتيب العمل. 1. النظر في نموذج المحرك الكهربائي. أشر إلى أجزائه الرئيسية في الشكل 1. 1 2 3 الشكل 1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ____________________________________________

2. قم بتجميع دائرة كهربائية تتكون من مصدر تيار، ونموذج محرك كهربائي، ومفتاح، وربط كل شيء على التوالي. ارسم مخططًا للدائرة.

3. قم بتدوير المحرك. إذا لم يعمل المحرك، ابحث عن الأسباب وقم بالقضاء عليها. 4. تغيير اتجاه التيار في الدائرة. مراقبة دوران الجزء المتحرك من المحرك الكهربائي. 5. ارسم استنتاجًا.

الأدب: 1. الفيزياء. الصف الثامن: الدراسات. للتعليم العام المؤسسات / إيه في بيريشكين - الطبعة الرابعة، بصيغتها النهائية - م: بوستارد، 2008. 2 . الفيزياء. الصف الثامن: الدراسات. للتعليم العام المؤسسات / إن إس بوريشيفا، إن إي فازيفسكايا - الطبعة الثانية، الصورة النمطية - م: بوستارد، 2008. 3. العمل المخبري و مهام التحكمفي الفيزياء: دفتر لطلاب الصف الثامن - ساراتوف: مدرسة ليسيوم، 2009. 4. دفتر للعمل المخبري. سارامان آي دي. المؤسسة التعليمية البلدية المدرسة الثانوية رقم 8 في موزدوكا، أوسيتيا الشمالية-ألانيا. 5. العمل المخبري في المدرسة والمنزل: الميكانيكا / V. F. Shilov.-M.: التعليم، 2007. 6. مجموعة من المشاكل في الفيزياء. الصفوف 7-9: دليل لطلبة التعليم العام. المؤسسات / V.I. Lukashik، E.V. إيفانوفا-الطبعة الرابعة والعشرون-م: التعليم، 2010.

معاينة:

العمل المخبري رقم 11

(على النموذج)

الهدف من العمل

الأجهزة والمواد

تقدم.

العمل المخبري رقم 11

دراسة المحرك الكهربائي بالتيار المستمر

(على النموذج)

الهدف من العمل : التعرف على نموذج للمحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار المستمر مع هيكله وتشغيله.

الأجهزة والمواد: موديل المحرك الكهربائي، مزود الطاقة للمختبر، مفتاح، أسلاك التوصيل.

لوائح السلامة.

لا ينبغي أن يكون هناك أي أجسام غريبة على الطاولة. انتباه! كهرباء! يجب ألا يتضرر عزل الموصلات. لا تقم بتشغيل الدائرة دون إذن المعلم. لا تلمس الأجزاء الدوارة للمحرك الكهربائي بيديك.

ممارسة المهام والأسئلة

1. ما هي الظاهرة الفيزيائية التي يعتمد عليها عمل المحرك الكهربائي؟

2. ما هي مميزات المحركات الكهربائية عن المحركات الحرارية؟

3. أين يتم استخدام المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر؟

تقدم.

1. النظر في نموذج المحرك الكهربائي. أشر إلى أجزائه الرئيسية في الشكل 1.

2. قم بتجميع دائرة كهربائية تتكون من مصدر تيار، ونموذج محرك كهربائي، ومفتاح، وربط كل شيء على التوالي. ارسم مخططًا للدائرة.

رسم بياني 1

استخلاص النتائج.

3. قم بتدوير المحرك. إذا لم يعمل المحرك، ابحث عن الأسباب وقم بالقضاء عليها.

4. تغيير اتجاه التيار في الدائرة. مراقبة دوران الجزء المتحرك من المحرك الكهربائي.

رسم بياني 1

1. الغرض من العمل:دراسة ميزات البداية والخصائص الميكانيكية وطرق تنظيم سرعة دوران محرك DC مع الإثارة المختلطة.

عدنية.

2.1. إلى العمل المستقل:

دراسة الخصائص التصميمية ودوائر التبديل لمحركات التيار المستمر.

دراسة طريقة الحصول على الخصائص الميكانيكية لمحرك التيار المستمر؛

التعرف على ميزات بدء وتنظيم سرعة دوران محرك التيار المستمر؛

يرسم مخططات الدوائرلقياس مقاومة دائرة عضو الإنتاج واللفات الميدانية (الشكل 6.4) واختبار المحرك (الشكل 6.2)؛

باستخدام الشكل. 6.2 و6.3 رسم مخطط التثبيت؛

ارسم أشكال الجداول 6.1...6.4؛

إعداد الإجابات الشفهية لأسئلة الاختبار.

2.2. للعمل في المختبر:

تعرف على إعدادات المختبر؛

سجل في الجدول 6.1. بيانات لوحة المحرك؛

قياس مقاومة دائرة عضو الإنتاج والملفات الميدانية. سجل البيانات في الجدول 6.1؛

قم بتجميع الدائرة وإجراء دراسة للمحرك، واكتب البيانات في الجداول 6.2، 6.3، 6.4؛

إنشاء خاصية ميكانيكية طبيعية n=f(M) وخصائص السرعة n=f(I B) وn=f(U)؛

استخلاص النتائج بناء على نتائج البحث.

معلومات عامة.

تتمتع محركات التيار المستمر، على عكس محركات التيار المتردد (غير المتزامنة في المقام الأول)، بنسبة عزم دوران أعلى وقدرة تحميل زائد، وتوفر تحكمًا سلسًا في سرعة دوران آلة العمل. لذلك، يتم استخدامها لقيادة الآلات والآليات ذات ظروف البدء الصعبة (على سبيل المثال، كبادئ تشغيل في محركات الاحتراق الداخلي)، وكذلك عندما يكون من الضروري تنظيم سرعة الدوران ضمن حدود كبيرة (آليات تغذية الأدوات الآلية، تشغيل- تقف الفرامل، المركبات المكهربة).

من الناحية الهيكلية، يتكون المحرك من وحدة ثابتة (مغوي) ووحدة دوارة (عضو الإنتاج). توجد اللفات الميدانية على القلب المغناطيسي للمحث. يوجد اثنان منهم في محرك الإثارة المختلط: بالتوازي مع المطرافين Ш 1 و SH2 والتسلسلي مع المحطتين C1 و C2 (الشكل 6.2). تتراوح مقاومة الملف الموازي R ovsh، اعتمادًا على قوة المحرك، من عدة عشرات إلى مئات الأوم. وهي مصنوعة من سلك مقطع عرضي صغير عدد كبيرالمنعطفات. يحتوي الملف المتسلسل على مقاومة منخفضة R obc (عادة من عدة أوم إلى أجزاء من أوم)، لأن يتكون من عدد صغير من لفات الأسلاك ذات المقطع العرضي الكبير. يتم استخدام المحث لإنشاء تدفق إثارة مغناطيسية عندما يتم تزويد اللفات الخاصة به بالتيار المباشر.

يتم وضع لف حديد التسليح في أخاديد الدائرة المغناطيسية وإحضاره إلى المجمع. باستخدام الفرش، يتم توصيل طرفيه I وI 2 بمصدر تيار مباشر. مقاومة لف عضو الإنتاج R I صغيرة (أوم أو كسور أوم).

يتم إنشاء عزم الدوران M لمحرك DC من خلال تفاعل تيار عضو الإنتاج Iya مع تدفق الإثارة المغناطيسية F:

م=ك × إيا × ف، (6.1)

حيث K هو معامل ثابت يعتمد على تصميم المحرك.

عندما يدور عضو الإنتاج، فإن لفه يتقاطع مع التدفق المغناطيسي المثير ويتم تحفيز emf E فيه، بما يتناسب مع تردد الدوران n:

ه = ج × ن × ه، (6.2)

حيث C هو معامل ثابت يعتمد على تصميم المحرك.

تيار دائرة المحرك:

I I =(U–E)/(R I +R OBC)=(U–С×n ×Ф)/(R I +R OBC)، (6.3)

وبحل التعبيرين 6.1 و 6.3 فيما يتعلق بـ n، نجد تعبيرًا تحليليًا للخصائص الميكانيكية للمحرك n=F(M). ها صورة بيانيةهو مبين في الشكل 6.1.

أرز. 6.1. الخصائص الميكانيكية لمحرك DC مختلط الإثارة

النقطة A تتوافق مع تباطؤ المحرك عند سرعة الدوران n o. مع زيادة الحمل الميكانيكي، تقل سرعة الدوران ويزداد عزم الدوران، ليصل إلى القيمة الاسمية M H عند النقطة B. في قسم الطائرات، يتم تحميل المحرك بشكل زائد. تتجاوز Iya الحالية القيمة المقدرة، مما يؤدي إلى تسخين سريع لملفات المحرك ولفات OVS، وزيادة الشرارة على المجمع. الحد الأقصى لعزم الدوران Mmax (النقطة C) محدود بظروف تشغيل المجمع والقوة الميكانيكية للمحرك.

وباستمرار الخاصية الميكانيكية حتى يتقاطع مع محور العزم عند النقطة D، سنحصل على قيمة عزم الدوران عند توصيل المحرك مباشرة بالشبكة، وتكون القوة الدافعة الكهربية E صفر والتيار في دائرة عضو الإنتاج، وفقًا للصيغة 6.3، يزيد بشكل حاد.

لتقليل تيار البداية، يتم توصيل مقاومة متغيرة Rx (الشكل 6.2) مع المقاومة على التوالي إلى دائرة عضو الإنتاج:

Rx = U H / (1.3...2.5) ×I Ya.N. - (R I - R obc)، (6.4)

حيث U h هو جهد الشبكة المقدر؛

أنا. - تصنيف حديد التسليح الحالي.

تخفيض تيار عضو الإنتاج إلى (1.3...2.5)×I Ya.N. يوفر عزم دوران أولي كافٍ MP (النقطة D). مع تسارع المحرك، تنخفض المقاومة Rx إلى الصفر، مع الحفاظ على قيمة ثابتة تقريبًا لـ MP (القسم SD).

يسمح لك Rheostat R B في دائرة ملف الإثارة الموازي (الشكل 6.2) بتنظيم حجم التدفق المغناطيسي Ф (الصيغة 6.1). قبل بدء تشغيل المحرك، يتم سحبه بالكامل للحصول على عزم الدوران المطلوب عند الحد الأدنى لتيار عضو الإنتاج.

باستخدام الصيغة 6.3، نحدد سرعة المحرك

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

حيث تكون R I وR obc وC كميات ثابتة، ويمكن تغيير U وI I وF. وهذا يعني ثلاثة الطرق الممكنةالتحكم في سرعة المحرك:

تغيير قيمة الجهد الموردة.

عن طريق تغيير قيمة تيار عضو الإنتاج باستخدام مقاومة متغيرة Rx، والتي، على عكس مقاومة متغيرة البداية، مصممة للتشغيل المستمر؛

عن طريق تغيير حجم الإثارة التدفق المغناطيسي F، والذي يتناسب مع التيار في اللفات OVSh وOVS. في ملف متوازي، يمكن ضبطه باستخدام مقاومة متغيرة R b. تؤخذ المقاومة R b حسب حدود التحكم في السرعة المطلوبة R B = (2...5) R obsh.

تشير لوحة اسم المحرك إلى سرعة الدوران المقدرة، والتي تتوافق مع الطاقة المقدرة على عمود المحرك عند جهد التيار الكهربائي المقدر ومقاومة الخرج للمقاومات المتغيرة R X وR B.

دراسة الجهاز، مبدأ التشغيل، خصائص المحرك الكهربائي بالتيار المستمر؛

اكتساب المهارات العملية في بدء تشغيل وتشغيل وإيقاف محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر؛

التحقيق تجريبيا المعلومات النظريةحول خصائص محرك التيار المستمر.

المبادئ النظرية الأساسية

المحرك الكهربائي DC هو آلة كهربائية مصممة لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

لا يختلف تصميم المحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار المستمر عن مولد التيار المستمر. هذا الظرف يجعل الآلات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر قابلة للعكس، أي أنها تسمح باستخدامها في وضعي المولد والمحرك. من الناحية الهيكلية، يحتوي المحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار المستمر على عناصر ثابتة ومتحركة، كما هو موضح في الشكل. 1.

الجزء الثابت - الجزء الثابت 1 (الإطار) مصنوع من الفولاذ المصبوب، ويتكون من عمودين رئيسيين و3 أقطاب إضافية مع 4 لفات ميدانية و5 وفرشاة تجتاز بالفرش. يؤدي الجزء الثابت وظيفة الدائرة المغناطيسية. وبمساعدة الأقطاب الرئيسية، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ثابت في الزمن وغير متحرك في الفضاء. يتم وضع أعمدة إضافية بين الأعمدة الرئيسية وتحسين ظروف التبديل.

الجزء المتحرك للمحرك الكهربائي DC هو الدوار 6 (عضو الإنتاج)، والذي يتم وضعه على عمود دوار. يلعب المحرك أيضًا دور الدائرة المغناطيسية. وهي مصنوعة من صفائح رقيقة معزولة كهربائياً عن بعضها البعض من الفولاذ الكهربائي تحتوي على نسبة عالية من السيليكون مما يقلل من فقدان الطاقة. يتم ضغط اللفات 7 في أخاديد المحرك، والتي ترتبط أطرافها بلوحات التجميع 8، الموجودة على نفس عمود المحرك الكهربائي (انظر الشكل 1).

دعونا نفكر في مبدأ تشغيل محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر. يؤدي توصيل الجهد المباشر بأطراف الآلة الكهربائية إلى حدوث تيار متزامن في ملفات المجال (الجزء الثابت) وفي ملفات عضو الإنتاج (الشكل 2). نتيجة لتفاعل تيار عضو الإنتاج مع التدفق المغناطيسي الناتج عن ملف المجال، تنشأ قوة في الجزء الثابت F، يحددها قانون أمبير . يتم تحديد اتجاه هذه القوة من خلال قاعدة اليد اليسرى (الشكل 2)، والتي بموجبها يتم توجيهها بشكل عمودي على كل من التيار أنا(في لف حديد التسليح)، وإلى ناقل الحث المغناطيسي في(تم إنشاؤه بواسطة لف الإثارة). ونتيجة لذلك، يؤثر زوج من القوى على الجزء الدوار (الشكل 2). تعمل القوة على الجزء العلوي من الدوار إلى اليمين، وعلى الجزء السفلي - إلى اليسار. يخلق هذا الزوج من القوى عزمًا يتم تحت تأثيره تدوير عضو الإنتاج. وتبين أن حجم اللحظة الكهرومغناطيسية الناتجة يساوي

م = جم أناأنا F,

أين معم - معامل يعتمد على تصميم لف حديد التسليح وعدد أقطاب المحرك الكهربائي ؛ F- التدفق المغناطيسي لزوج واحد من الأعمدة الرئيسية للمحرك الكهربائي؛ أناأنا - تيار المحرك المحرك. على النحو التالي من الشكل. 2، يرافق دوران اللفات عضو الإنتاج تغيير متزامن في القطبية على لوحات المجمع. يتغير اتجاه التيار في لفات عضو الإنتاج إلى الاتجاه المعاكس، لكن التدفق المغناطيسي لملفات المجال يحتفظ بنفس الاتجاه، وهو ما يحدد الاتجاه الثابت للقوى F، وبالتالي عزم الدوران.

يؤدي دوران عضو الإنتاج في المجال المغناطيسي إلى ظهور المجال الكهرومغناطيسي في لفه، والذي يتم تحديد اتجاهه بواسطة قاعدة اليد اليمنى. ونتيجة لذلك، بالنسبة للذي هو موضح في الشكل. 2 تكوينات المجالات والقوى في لف حديد التسليح، سوف ينشأ تيار مستحث، موجه عكس التيار الرئيسي. لذلك، يسمى EMF الناتج مرة أخرى EMF. قيمتها متساوية

ه = معه ن,

أين ن- سرعة دوران المحرك الكهربائي؛ مع e هو معامل يعتمد على العناصر الهيكلية للآلة. هذا EMF يحط من أداء المحرك الكهربائي.

يخلق التيار في عضو الإنتاج مجالًا مغناطيسيًا يؤثر على المجال المغناطيسي للأقطاب الرئيسية (الجزء الثابت)، وهو ما يسمى تفاعل عضو الإنتاج. عندما تكون الآلة في وضع الخمول، يتم إنشاء المجال المغناطيسي فقط من خلال الأقطاب الرئيسية. وهذا المجال متماثل حول محاور هذه الأقطاب ومتحد المحور معها. عندما يتم توصيل الحمل بالمحرك، يتم إنشاء مجال مغناطيسي في ملف عضو الإنتاج بسبب التيار - مجال عضو الإنتاج. وسيكون محور هذا المجال متعامدا مع محور القطبين الرئيسيين. نظرًا لأنه عندما يدور عضو الإنتاج، يظل توزيع التيار في موصلات عضو الإنتاج دون تغيير، ويظل مجال عضو الإنتاج ثابتًا في الفضاء. إن إضافة هذا المجال مع مجال الأقطاب الرئيسية يعطي المجال الناتج الذي يدور بزاوية  ضد اتجاه دوران المحرك. نتيجة لذلك، ينخفض ​​\u200b\u200bعزم الدوران، لأن بعض الموصلات تدخل منطقة القطب المعاكس وتخلق عزم دوران الكبح. في هذه الحالة، تشتعل الفرش ويحترق العاكس، وينشأ مجال إزالة المغناطيسية الطولي.

من أجل الحد من تأثير رد فعل حديد التسليح على تشغيل الجهاز، يتم تضمين أعمدة إضافية فيه. ترتبط لفات هذه الأعمدة بشكل متسلسل مع الملف الرئيسي لعضو الإنتاج، لكن التغيير في اتجاه اللف فيها يؤدي إلى ظهور مجال مغناطيسي موجه ضد المجال المغناطيسي لعضو الإنتاج.

لتغيير اتجاه دوران محرك التيار المستمر، من الضروري تغيير قطبية الجهد المزود إلى عضو الإنتاج أو الملف الميداني.

اعتمادًا على طريقة تشغيل ملف الإثارة، يتم تمييز المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر ذات الإثارة المتوازية والمتسلسلة والمختلطة.

بالنسبة للمحركات ذات الإثارة المتوازية، تم تصميم اللف للجهد الكامل لشبكة الإمداد ويتم توصيله بالتوازي مع دائرة المحرك (الشكل 3).

يحتوي المحرك ذو الملف المتسلسل على ملف ميداني متصل على التوالي مع عضو الإنتاج، لذلك تم تصميم هذا الملف لتحمل تيار عضو الإنتاج الكامل (الشكل 4).

تحتوي المحركات ذات الإثارة المختلطة على ملفين، أحدهما متصل بالتوازي والآخر على التوالي مع عضو الإنتاج (الشكل 5).

أرز. 3 الشكل. 4

عند بدء تشغيل المحركات الكهربائية التي تعمل بالتيار المستمر (بغض النظر عن طريقة الإثارة) عن طريق الاتصال المباشر بشبكة الإمداد، تنشأ تيارات بدء كبيرة، مما قد يؤدي إلى فشلها. يحدث هذا نتيجة لإطلاق كمية كبيرة من الحرارة في ملف المحرك والانهيار اللاحق لعزله. لذلك، يتم تشغيل محركات التيار المستمر باستخدام أجهزة بدء خاصة. في معظم الحالات، يتم استخدام أبسط جهاز بدء لهذه الأغراض - مقاومة متغيرة. تظهر عملية بدء تشغيل محرك DC باستخدام مقاومة متغيرة باستخدام مثال محرك DC مع الإثارة المتوازية.

بناء على المعادلة التي تم تجميعها وفقا لقانون كيرشوف الثاني للطرف الأيسر دائرة كهربائية(انظر الشكل 3)، تتم إزالة مقاومة متغيرة البداية بالكامل ( رالبداية = 0)، تيار عضو الإنتاج

,

أين ش- الجهد الموردة للمحرك الكهربائي. رأنا هي مقاومة لف حديد التسليح.

في اللحظة الأولى لبدء تشغيل المحرك الكهربائي، سرعة دوران عضو الإنتاج ن= 0، وبالتالي فإن القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف عضو الإنتاج، وفقًا للتعبير الذي تم الحصول عليه مسبقًا، ستكون أيضًا مساوية للصفر ( ه= 0).

مقاومة لف المحرك رأنا كمية صغيرة نوعا ما. من أجل الحد من التيار المرتفع المحتمل بشكل غير مقبول في دائرة عضو الإنتاج أثناء البدء، يتم تشغيل مقاومة متغيرة (مقاومة البدء) بالتسلسل مع عضو الإنتاج، بغض النظر عن طريقة إثارة المحرك ريبدأ). في هذه الحالة، تيار المحرك البداية

.

بدء مقاومة الريوستات ريتم حساب البداية للعمل فقط في وقت البدء ويتم تحديدها بطريقة لا يتجاوز فيها تيار البدء لعضو المحرك الكهربائي القيمة المسموح بها ( أناأنا، ابدأ 2 أناأنا، اسم). أثناء تسارع المحرك الكهربائي، يتولد المجال الكهرومغناطيسي في ملف عضو الإنتاج بسبب زيادة تردد دورانه n يزيد ( ه=معه ن). ونتيجة لذلك، يتناقص تيار عضو الإنتاج، مع تساوي العوامل الأخرى. في هذه الحالة، مقاومة مقاومة البداية ر يبدأومع تسارع عضو المحرك، يجب تقليله تدريجيًا. بعد أن يتسارع المحرك إلى السرعة المقدرة لعضو الإنتاج، يزداد المجال الكهرومغناطيسي بدرجة كبيرة بحيث يمكن تقليل مقاومة البدء إلى الصفر، دون التعرض لخطر الزيادة الكبيرة في تيار عضو الإنتاج.

وبالتالي، فإن المقاومة البداية رالبدء في دائرة عضو الإنتاج ضروري فقط عند بدء التشغيل. أثناء التشغيل العادي للمحرك الكهربائي، يجب إيقاف تشغيله، أولاً، لأنه مصمم للتشغيل على المدى القصير أثناء بدء التشغيل، وثانياً، إذا كانت هناك مقاومة بدء، فسوف تحدث خسائر في الطاقة الحرارية فيه تساوي ريبدأ أناثانيا، تقليل كفاءة المحرك الكهربائي بشكل كبير.

.

مع الأخذ في الاعتبار التعبير عن EMF ( ه=معه ن) ، وبكتابة الصيغة الناتجة بالنسبة لسرعة الدوران، نحصل على معادلة خصائص التردد (السرعة) للمحرك الكهربائي ن(أناأنا):

.

ويترتب على ذلك أنه في حالة عدم وجود حمل على العمود وتيار عضو الإنتاج أناأنا = 0 سرعة دوران المحرك عند قيمة جهد إمداد معينة

.

سرعة المحرك ن 0 هي سرعة الخمول المثالية. بالإضافة إلى معلمات المحرك الكهربائي، فإنه يعتمد أيضًا على قيمة جهد الإدخال والتدفق المغناطيسي. مع انخفاض التدفق المغناطيسي، مع تساوي العوامل الأخرى، تزداد سرعة التباطؤ المثالية. لذلك، في حالة حدوث انقطاع في دائرة لف الإثارة، عندما يصبح تيار الإثارة صفر ( أناв = 0)، يتم تقليل التدفق المغناطيسي الحركي إلى قيمة تساوي قيمة التدفق المغناطيسي المتبقي F ost. في هذه الحالة، فإن المحرك "ينتقل إلى السرعة الزائدة"، ويطور سرعة دوران أعلى بكثير من السرعة الاسمية، مما يشكل خطرًا معينًا على كل من المحرك والعاملين.

التردد (السرعة) المميز لمحرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر مع الإثارة المتوازية ن(أناط) عند قيمة تدفق مغناطيسي ثابت F=مقدار ثابتوالقيمة الثابتة للجهد الموردة ش = ثابتيبدو وكأنه خط مستقيم (الشكل 6).

التعبير عن تيار عضو الإنتاج في معادلات خصائص التردد من خلال العزم الكهرومغناطيسي للمحرك م =معم أناأنا Fنحصل على معادلة الخاصية الميكانيكية أي الاعتماد ن(م) في ش = ثابتللمحركات ذات الإثارة المتوازية:

.

بإهمال تأثير رد فعل عضو الإنتاج أثناء تغيير الحمل، يمكننا أن نفترض أن عزم الدوران الكهرومغناطيسي للمحرك يتناسب مع تيار عضو الإنتاج. لذلك، فإن الخصائص الميكانيكية لمحركات التيار المستمر لها نفس شكل خصائص التردد المقابلة. يتميز المحرك الكهربائي ذو الإثارة المتوازية بخاصية ميكانيكية صلبة (الشكل 7). من هذه الخاصية، من الواضح أن تردد دورانه يتناقص قليلاً مع زيادة عزم الحمل، حيث أن تيار الإثارة عند توصيل ملف المجال بالتوازي، وبالتالي، يبقى التدفق المغناطيسي للمحرك دون تغيير تقريبًا، ومقاومة دائرة عضو الإنتاج صغيرة نسبيا.

تظهر خصائص أداء محرك DC المتوازي في الشكل. 8. ومن هذه الخصائص يتضح سرعة الدوران نتقل قوة المحركات الكهربائية ذات الإثارة المتوازية قليلاً مع زيادة الحمل. اعتماد عزم الدوران المفيد على عمود المحرك على الطاقة ر 2 هو خط مستقيم تقريبًا، نظرًا لأن عزم دوران هذا المحرك يتناسب مع الحمل على العمود: م=ك.ب 2 / ن. يتم تفسير انحناء هذا الاعتماد من خلال انخفاض طفيف في سرعة الدوران مع زيادة الحمل.

في ر 2 = 0 التيار الذي يستهلكه المحرك الكهربائي يساوي تيار عدم التحميل. مع زيادة الطاقة، يزداد تيار عضو الإنتاج تقريبًا وفقًا لنفس اعتماد عزم الحمل على العمود، لأنه في ظل الظروف F=مقدار ثابتيتناسب تيار المحرك مع عزم الحمل. يتم تعريف كفاءة المحرك الكهربائي على أنها نسبة الطاقة المفيدة على العمود إلى الطاقة المستهلكة من الشبكة:

,

أين ر 2 - قوة رمح مفيدة. ر 1 =واجهة المستخدم- الطاقة التي يستهلكها المحرك الكهربائي من شبكة الإمداد؛ رإيا = أنا 2 ط رط - فقدان الطاقة الكهربائية في دائرة عضو الإنتاج، رإيف = واجهة المستخدمفي، = أنا 2 بوصة رالخامس - فقدان الطاقة الكهربائية في دائرة الإثارة. رالفراء - خسائر الطاقة الميكانيكية. رم - فقدان الطاقة بسبب التباطؤ والتيارات الدوامة.

مع جهد إمداد ثابت وتدفق مغناطيسي ثابت، في عملية تغيير قيمة مقاومة دائرة عضو الإنتاج، يمكن الحصول على عائلة من الخصائص الميكانيكية، على سبيل المثال، لمحرك كهربائي مع إثارة متوازية (الشكل 9).

تكمن ميزة طريقة التحكم المدروسة في بساطتها النسبية والقدرة على الحصول على تغيير سلس في سرعة الدوران على نطاق واسع (من الصفر إلى قيمة التردد الاسمية نالاسم). تشمل عيوب هذه الطريقة وجود خسائر كبيرة في الطاقة في المقاومة الإضافية، والتي تزداد مع انخفاض سرعة الدوران، بالإضافة إلى الحاجة إلى استخدام معدات تحكم إضافية. بالإضافة إلى ذلك فإن هذه الطريقة لا تسمح بتعديل سرعة دوران المحرك الكهربائي إلى أعلى من قيمته الاسمية.

يمكن أيضًا تحقيق تغيير في سرعة دوران محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر نتيجة لتغيير قيمة التدفق المغناطيسي للإثارة. عندما يتغير التدفق المغناطيسي وفقًا لمعادلة استجابة التردد لمحركات التيار المستمر ذات الإثارة المتوازية بقيمة ثابتة لجهد الإمداد وقيمة ثابتة لمقاومة دائرة عضو الإنتاج، يمكن الحصول على مجموعة من الخصائص الميكانيكية الموضحة في الشكل. 10.

تشمل عيوب هذه الطريقة أيضًا نطاق التحكم الصغير نسبيًا بسبب القيود المفروضة على القوة الميكانيكية وتبديل المحرك الكهربائي. ميزة طريقة التحكم هذه هي بساطتها. بالنسبة للمحركات ذات الإثارة المتوازية، يتم تحقيق ذلك عن طريق تغيير مقاومة التحكم المتغير ر رفي دائرة الإثارة.

بالنسبة لمحركات التيار المستمر ذات الإثارة التسلسلية، يتم تحقيق تغيير في التدفق المغناطيسي عن طريق تحويل ملف المجال بمقاومة لها القيمة المناسبة، أو عن طريق قصر دائرة عدد معين من لفات ملف المجال.

أصبحت طريقة تنظيم سرعة الدوران عن طريق تغيير الجهد عند أطراف المحرك المحرك مستخدمة على نطاق واسع، خاصة في المحركات الكهربائية المبنية على نظام محرك المولد. مع التدفق المغناطيسي المستمر ومقاومة دائرة عضو الإنتاج، نتيجة لتغيير جهد عضو الإنتاج، يمكن الحصول على مجموعة من خصائص التردد.

مع التغيير في جهد الدخل، فإن سرعة الخمول المثالية n 0 وفقا للتعبير المذكور سابقا، فإنه يتغير بشكل متناسب مع الجهد. وبما أن مقاومة دائرة عضو الإنتاج تظل دون تغيير، فإن صلابة عائلة الخصائص الميكانيكية لا تختلف عن صلابة الخاصية الميكانيكية الطبيعية عند ش=شالاسم.

تتمثل ميزة طريقة التحكم المدروسة في وجود نطاق واسع من اختلافات سرعة الدوران دون زيادة فقدان الطاقة. وتشمل عيوب هذه الطريقة حقيقة أنها تتطلب مصدرًا لجهد الإمداد المنظم، وهذا يؤدي إلى زيادة في الوزن والأبعاد وتكلفة التثبيت.

أعمال المختبر→ الرقم 10

دراسة محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر (على نموذج).

الهدف من العمل:تعرف على الأجزاء الأساسية للمحرك الكهربائي الذي يعمل بالتيار المستمر باستخدام نموذج لهذا المحرك.

ربما يكون هذا هو أسهل عمل لدورة الصف الثامن. كل ما تحتاجه هو توصيل نموذج المحرك بمصدر حالي، ومعرفة كيفية عمله، وتذكر أسماء الأجزاء الرئيسية للمحرك الكهربائي (عضو الإنتاج، المحث، الفرش، الحلقات النصفية، الملف، العمود).

قد يكون المحرك الكهربائي الذي يقدمه لك معلمك مشابهًا للمحرك الموضح في الشكل، أو قد يكون له مظهر مختلف، نظرًا لوجود العديد من الخيارات للمحركات الكهربائية المدرسية. وهذا ليس ذا أهمية أساسية، حيث من المحتمل أن يخبرك المعلم بالتفصيل ويوضح لك كيفية التعامل مع النموذج.

دعونا ندرج الأسباب الرئيسية لعدم عمل المحرك الكهربائي المتصل بشكل صحيح. الدائرة المفتوحة، وعدم ملامسة الفرش بنصف حلقات، وتلف ملف المحرك. إذا كنت في الحالتين الأوليين، فأنت قادر تماما على التعامل معها بنفسك، إذا انكسر اللف، فأنت بحاجة إلى الاتصال بالمعلم. قبل تشغيل المحرك، يجب عليك التأكد من أن المحرك الخاص به يمكن أن يدور بحرية ولا يتداخل معه أي شيء، وإلا عند تشغيله، سيصدر المحرك الكهربائي طنينًا مميزًا، لكنه لن يدور.