Svaki električni motor je dizajniran za obavljanje mehaničkog rada zbog potrošnje električne energije koja se na njega primjenjuje, a koja se u pravilu pretvara u rotacijsko gibanje. Iako u tehnologiji postoje modeli koji odmah stvaraju translatorno kretanje radnog tijela. Zovu se linearni motori.
U industrijskim postrojenjima elektromotori pokreću razne strojeve i mehaničke uređaje koji sudjeluju u tehnološkom procesu proizvodnje.
Unutar kućanskih aparata rade električni motori perilice rublja, usisavači, računala, sušila za kosu, dječje igračke, satovi i mnogi drugi uređaji.
Osnovni fizikalni procesi i princip rada
Na one pokretne unutra električni naboji, koji se nazivaju električna struja, uvijek postoji mehanička sila koja nastoji skrenuti njihov smjer u ravnini koja se nalazi okomito na orijentaciju magnetskih linija sile. Kada električna struja prolazi kroz metalni vodič ili zavojnicu napravljenu od njega, ova sila teži pomicanju/rotaciji svakog vodiča kroz koji teče struja i cijelog namota u cjelini.
Slika ispod prikazuje metalni okvir kroz koji teče struja. Magnetsko polje primijenjeno na njega stvara silu F za svaku granu okvira, stvarajući rotacijsko gibanje.
Ovo svojstvo međudjelovanja električne i magnetske energije koje se temelji na stvaranju elektromotorne sile u zatvorenom vodljivom krugu uključeno je u rad svakog elektromotora. Njegov dizajn uključuje:
namota kroz koji teče električna struja. Postavljen je na posebnu sidrenu jezgru i učvršćen u rotacijskim ležajevima kako bi se smanjilo protudjelovanje sila trenja. Ova se struktura naziva rotor;
stator koji stvara magnetsko polje koje svojim električni vodovi probija električne naboje koji prolaze kroz zavoje namota rotora;
kućište za smještaj statora. Unutar kućišta izrađene su posebne utičnice za montažu unutar kojih su montirani vanjski prstenovi ležajeva rotora.
Pojednostavljeni dizajn najjednostavnijeg elektromotora može se prikazati sljedećom slikom.
Kada se rotor okreće, stvara se okretni moment, čija snaga ovisi o općem dizajnu uređaja, količini primijenjene električne energije i njegovim gubicima tijekom transformacija.
Maksimalni mogući okretni moment motora uvijek je manji od električne energije koja se na njega dovodi. Karakterizira ga veličina faktora učinkovitosti.
Vrste elektromotora
Ovisno o vrsti struje koja teče kroz namote, dijele se na DC ili DC motore. naizmjenična struja. Svaka od ove dvije skupine ima veliki broj modifikacija različitim tehnološkim procesima.
Elektromotori istosmjerna struja
Njihovo magnetsko polje statora stvaraju stalno montirani ili posebni elektromagneti s namotajima polja. Armaturni namot kruto je pričvršćen u osovinu koja je učvršćena u ležajevima i može se slobodno okretati oko vlastite osi.
Osnovna struktura takvog motora prikazana je na slici.
Na armaturnoj jezgri od feromagnetskih materijala nalazi se namot koji se sastoji od dva serijski spojena dijela, koji su jednim krajem spojeni na vodljive kolektorske ploče, a drugim su međusobno spojeni. Dvije grafitne četkice nalaze se na dijametralno suprotnim krajevima armature i pritisnute su na kontaktne pločice komutatorskih ploča.
Donja četka uzorka napajana je pozitivnim potencijalom izvora stalne struje, a gornja četka negativnim potencijalom. Smjer struje koja teče kroz namot prikazan je isprekidanom crvenom strelicom.
Struja uzrokuje magnetsko polje sjevernog pola u donjem lijevom dijelu armature, a južnog pola u gornjem desnom (gimlet pravilo). To dovodi do odbijanja polova rotora od sličnih stacionarnih polova i privlačenja suprotnih polova na statoru. Kao rezultat primijenjene sile dolazi do rotacijskog gibanja čiji je smjer označen smeđom strelicom.
Daljnjom rotacijom armature, po inerciji, polovi se pomiču na druge kolektorske ploče. Smjer struje u njima mijenja se u suprotan. Rotor se nastavlja okretati dalje.
Jednostavna konstrukcija takvog kolektorskog uređaja dovodi do velikih gubitaka električne energije. Takvi motori rade u jednostavnim uređajima ili igračkama za djecu.
DC elektromotori uključeni u proizvodni proces imaju složeniji dizajn:
namot je podijeljen ne na dva, već na više dijelova;
svaki dio namotaja montiran je na svoj stup;
Kolektorski uređaj je izrađen od određenog broja kontaktnih jastučića prema broju dijelova namota.
Kao rezultat, stvara se glatka veza svakog pola preko njegovih kontaktnih ploča s četkicama i izvorom struje, a gubici električne energije su smanjeni.
Uređaj takvog sidra prikazan je na slici.
Kod istosmjernih elektromotora smjer vrtnje rotora može se obrnuti. Da biste to učinili, dovoljno je preokrenuti kretanje struje u namotu promjenom polariteta na izvoru.
AC motori
Razlikuju se od prethodnih dizajna po tome što se električna struja koja teče u njihovom namotu opisuje povremenom promjenom smjera (predznaka). Za njihovo napajanje napon se dovodi iz generatora izmjeničnog predznaka.
Stator takvih motora izrađen je od magnetskog kruga. Izrađen je od feromagnetskih ploča s utorima u koje su smješteni zavoji okvira (zavojnice).
Sinkroni elektromotori
Slika ispod pokazuje princip rada jednofaznog AC motora uz sinkronu rotaciju elektromagnetskih polja rotora i statora.
U utorima statorskog magnetskog kruga na dijametralno suprotnim krajevima nalaze se vodiči namota, shematski prikazani u obliku okvira kroz koje teče izmjenična struja.
Razmotrimo slučaj za trenutak vremena koji odgovara prolasku pozitivnog dijela njegovog poluvala.
Rotor s ugrađenim permanentnim magnetom slobodno rotira u prstenovima ležaja, koji ima jasno definiran sjeverni "N usta" i južni "S usta" pol. Kada kroz namot statora teče pozitivni poluval struje, u njemu se stvara magnetsko polje s polovima “S st” i “N st”.
Između magnetskih polja rotora i statora nastaju sile međudjelovanja (kao što se polovi odbijaju, a suprotni polovi privlače), koje nastoje zakrenuti armaturu elektromotora iz proizvoljnog položaja u konačni, kada su suprotni polovi smješteni što bliže. što je moguće relativno jedan prema drugom.
Ako razmotrimo isti slučaj, ali za trenutak u vremenu kada obrnuti - negativni poluval struje teče kroz vodič okvira, tada će se rotacija armature dogoditi u suprotnom smjeru.
Da bi se rotoru omogućilo kontinuirano kretanje, u statoru se ne izrađuje jedan okvir namota, već određeni broj njih, uzimajući u obzir da se svaki od njih napaja iz zasebnog izvora struje.
Princip rada trofazni motor AC sinkrona rotacija Elektromagnetska polja rotora i statora prikazana su na sljedećoj slici.
U ovom dizajnu, tri namota A, B i C montirana su unutar magnetskog kruga statora, pomaknuta pod kutom od 120 stupnjeva jedan prema drugom. Odabran je namot A žuta boja, B je zeleno, a C crveno. Svaki namot je izrađen s istim okvirima kao u prethodnom slučaju.
Na slici, za svaki slučaj, struja prolazi kroz samo jedan namot u smjeru naprijed ili nazad, što je prikazano znakovima "+" i "-".
Kada pozitivni poluval prolazi kroz fazu A u smjeru naprijed, os polja rotora zauzima horizontalni položaj jer se magnetski polovi statora formiraju u ovoj ravnini i privlače pokretnu kotvu. Suprotni polovi rotora nastoje se približiti polovima statora.
Kada pozitivni poluval slijedi fazu C, armatura će se okretati za 60 stupnjeva u smjeru kazaljke na satu. Nakon što se struja dovodi u fazu B, dogodit će se slična rotacija armature. Svaki sljedeći tok struje u sljedećoj fazi sljedećeg namota zakretat će rotor.
Ako se na svaki namoti dovodi trofazni mrežni napon pomaknut pod kutom od 120 stupnjeva, tada će u njima cirkulirati izmjenične struje koje će okretati armaturu i stvoriti njezinu sinkronu rotaciju s dovedenim elektromagnetskim poljem.
Isti mehanički dizajn uspješno je korišten u trofazni koračni motor. Samo u svakom namotu, uz pomoć kontrole, dovode se i uklanjaju impulsi istosmjerne struje prema gore opisanom algoritmu.
Njihovo pokretanje započinje rotacijsko kretanje, a zaustavljanje u određenom trenutku osigurava doziranu rotaciju osovine i zaustavljanje pod programiranim kutom za izvođenje određenih tehnoloških operacija.
U oba opisana trofazna sustava moguće je mijenjati smjer vrtnje armature. Da biste to učinili, samo trebate promijeniti slijed faza "A" - "B" - "C" u nešto drugo, na primjer, "A" - "C" - "B".
Brzina vrtnje rotora regulirana je trajanjem perioda T. Njenim smanjenjem dolazi do ubrzanja vrtnje. Veličina amplitude struje u fazi ovisi o unutarnjem otporu namota i vrijednosti napona koji se na njega primjenjuje. Određuje količinu okretnog momenta i snagu elektromotora.
Asinkroni elektromotori
Ovi dizajni motora imaju isti magnetski krug statora s namotima kao u prethodno razmatranim jednofaznim i trofaznim modelima. Ime su dobili zbog nesinkrone rotacije elektromagnetskih polja armature i statora. To je postignuto poboljšanjem konfiguracije rotora.
Jezgra mu je izrađena od električnih čeličnih ploča s utorima. Opremljeni su aluminijskim ili bakrenim strujnim vodičima, koji su na krajevima armature zatvoreni vodljivim prstenovima.
Pri dovođenju napona na namote statora elektromotornom silom inducira se električna struja u namotu rotora i stvara se magnetsko polje armature. Kada ova elektromagnetska polja međusobno djeluju, osovina motora se počinje okretati.
S ovom konstrukcijom, kretanje rotora je moguće tek nakon što se u statoru pojavi rotirajuće elektromagnetsko polje i nastavi s njim u asinkronom načinu rada.
Asinkroni motori su jednostavnijeg dizajna. Stoga su jeftiniji i široko se koriste u industrijskim instalacijama i kućanskim aparatima.
Linearni motori
Mnogi radni dijelovi industrijskih mehanizama vrše klipno ili translatorno kretanje u jednoj ravnini, neophodno za rad strojeva za obradu metala, Vozilo, udarci čekića pri zabijanju pilota...
Pomicanje takvog radnog tijela pomoću mjenjača, kugličnih vijaka, remenskih pogona i sličnih mehaničkih uređaja iz rotacijskog elektromotora komplicira dizajn. Moderno tehničko rješenje Ovaj problem je rad linearnog elektromotora.
Njegov stator i rotor izduženi su u obliku traka, a ne presavijeni u prstenove, kao kod rotacijskih elektromotora.
Načelo rada je priopćavanje klipnog linearnog gibanja trkaču-rotoru zbog prijenosa elektromagnetske energije iz stacionarnog statora s otvorenim magnetskim krugom određene duljine. Unutar njega, naizmjeničnim uključivanjem struje, stvara se pokretno magnetsko polje.
Komutatorom djeluje na kotvni namot. Sile koje nastaju u takvom motoru pomiču rotor samo u linearnom smjeru duž elemenata za vođenje.
Linearni motori su dizajnirani za rad na istosmjernu ili izmjeničnu struju i mogu raditi u sinkronom ili asinkronom načinu rada.
Nedostaci linearnih motora su:
složenost tehnologije;
visoka cijena;
niske razine energije.
Da biste koristili preglede prezentacija, napravite račun za sebe ( račun) Google i prijavite se: https://accounts.google.com
Naslovi slajdova:
Na slikama odredite smjer Amperove sile, smjer struje u vodiču, smjer silnica magnetskog polja i polove magneta. N S F = 0 Podsjetimo se.
Laboratorijski rad br. 11 Proučavanje istosmjernog elektromotora (na modelu). Svrha rada: upoznati model istosmjernog elektromotora s njegovom građom i načinom rada. Oprema i materijal: model elektromotora, laboratorijsko napajanje, ključ, spojne žice.
Sigurnosne mjere. Na stolu ne bi trebalo biti stranih predmeta. Pažnja! Struja! Izolacija vodiča ne smije biti oštećena. Ne uključujte strujni krug bez dopuštenja učitelja. Ne dirajte rukama rotirajuće dijelove elektromotora. Duga kosa se mora ukloniti kako se ne bi uhvatila za rotirajuće dijelove motora. Nakon završenog posla radno mjesto dovesti u red, otvoriti strujni krug i rastaviti.
Redoslijed rada. 1. Razmotrite model elektromotora. Označite njegove glavne dijelove na slici 1. 1 2 3 Sl.1 4 5 1 - _________________________________ 2 - _________________________________ 3 - _________________________________ 4 - ______________________________ 5 - ________________________________
2. Sastavite električni krug koji se sastoji od izvora struje, modela elektromotora, ključa, spojite sve u seriju. Nacrtajte dijagram strujnog kruga.
3. Okrenite motor. Ako motor ne radi, pronađite razloge i otklonite ih. 4. Promjena smjera struje u krugu. Promatrajte rotaciju pokretnog dijela elektromotora. 5. Izvedite zaključak.
Literatura: 1. Fizika. 8. razred: studije. za opće obrazovanje ustanove/A.V.Peryshkin 4. izd., M.: Droplja. Fizika. 8. razred: studije. Za opće obrazovanje ustanove / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya - 2. izd. - M.: Droplja. 3. Laboratorijski rad i kontrolni zadaci iz fizike: Bilježnica za učenike 8. razreda Saratov: Licej, 2009. 4. Bilježnica za laboratorijski rad. Sarahman I.D. Općinska obrazovna ustanova srednja škola br. 8 u Mozdoki, Sjeverna Osetija-Alanija. 5. Laboratorijski rad u školi i kod kuće: mehanika / V.F. Shilov.-M.: Obrazovanje, 2007. 6. Zbirka problema iz fizike. 7-9 razred: priručnik za učenike općeg obrazovanja. institucije / V.I.Lukashik, E.V. Ivanova.-24. izd.-M.: Obrazovanje, 2010.
Pregled:
Laboratorijski rad br.11
(na modelu)
Cilj rada
Uređaji i materijali
Napredak.
Laboratorijski rad br.11
Proučavanje istosmjernog elektromotora
(na modelu)
Cilj rada : upoznati model istosmjernog elektromotora s njegovom građom i načinom rada.
Uređaji i materijali: model elektromotora, laboratorijsko napajanje, ključ, spojne žice.
Sigurnosne mjere.
Na stolu ne bi trebalo biti stranih predmeta. Pažnja! Struja! Izolacija vodiča ne smije biti oštećena. Ne uključujte strujni krug bez dopuštenja učitelja. Ne dirajte rukama rotirajuće dijelove elektromotora.
Zadaci i pitanja za vježbu
1.Na kojoj se fizikalnoj pojavi temelji djelovanje elektromotora?
2.Koje su prednosti elektromotora u odnosu na toplinske?
3. Gdje se koriste istosmjerni elektromotori?
Napredak.
1. Razmotrite model elektromotora. Označite njegove glavne dijelove na slici 1.
2. Sastavite električni krug koji se sastoji od izvora struje, modela elektromotora, ključa, spojite sve u seriju. Nacrtajte dijagram strujnog kruga.
Sl. 1
Izvući zaključak.
3. Okrenite motor. Ako motor ne radi, pronađite razloge i otklonite ih.
4. Promjena smjera struje u krugu. Promatrajte rotaciju pokretnog dijela elektromotora.
Sl. 1
1. Svrha rada: Proučiti karakteristike pokretanja, mehaničke karakteristike i načine regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora s mješovitom uzbudom.
Adaniye.
2.1. na samostalan rad:
Proučite značajke dizajna, sklopne krugove istosmjernih motora;
Proučiti način dobivanja mehaničkih karakteristika istosmjernog motora;
Upoznati se sa značajkama pokretanja i regulacije brzine vrtnje istosmjernog motora;
crtati dijagrami strujnog kruga za mjerenje otpora kruga armature i namota polja (slika 6.4) i ispitivanje motora (slika 6.2);
Pomoću sl. 6.2 i 6.3 nacrtati dijagram instalacije;
Nacrtati oblike tablica 6.1... 6.4;
Pripremite usmene odgovore na ispitna pitanja.
2.2. za rad u laboratoriju:
Upoznajte se s laboratorijskim postavom;
Zabilježite u tablici 6.1. podaci s natpisne pločice motora;
Izmjerite otpor kruga armature i namota polja. Zabilježite podatke u tablicu 6.1;
Sastavite krug i provedite studiju motora, zapišite podatke u tablice 6.2, 6.3, 6.4;
Konstruirati prirodnu mehaničku karakteristiku n=f(M) i brzinske karakteristike n=f(I B) i n=f(U);
Izvedite zaključke na temelju rezultata istraživanja.
Opće informacije.
Istosmjerni motori, za razliku od izmjeničnih motora (prvenstveno asinkronih), imaju veći omjer startnog momenta i sposobnost preopterećenja te omogućuju glatku regulaciju brzine vrtnje radnog stroja. Stoga se koriste za pogon strojeva i mehanizama s teškim uvjetima pokretanja (na primjer, kao starteri u motorima s unutarnjim izgaranjem), kao i kada je potrebno regulirati brzinu vrtnje u velikim granicama (mehanizmi za pomicanje alatnih strojeva, rad- postolja kočnica, elektrificirana vozila).
Strukturno, motor se sastoji od stacionarne jedinice (induktor) i rotirajuće jedinice (armature). Namoti polja nalaze se na magnetskoj jezgri induktora. Dva su u motoru s mješovitom uzbudom: paralelni sa stezaljkama Š 1 i Š2 i serijski sa stezaljkama C1 i C2 (sl. 6.2). Otpor paralelnog namota R ovsh je, ovisno o snazi motora, od nekoliko desetaka do stotina Ohma. Izrađen je od žice malog presjeka sa veliki broj skreće. Serijski namot ima mali otpor R obc (obično od nekoliko Ohma do djelića Ohma), jer sastoji se od malog broja zavoja žice velikog presjeka. Induktor se koristi za stvaranje toka magnetske pobude kada se njegovi namoti napajaju istosmjernom strujom.
Armaturni namot postavlja se u utore magnetskog kruga i dovodi do kolektora. Pomoću četkica, njegovi terminali I i I 2 spojeni su na izvor istosmjerne struje. Otpor namota armature R I je mali (Ohmi ili djelići Ohma).
Okretni moment M istosmjernog motora nastaje interakcijom struje armature Iya s magnetskim pobudnim fluksom F:
M=K × Iâ × F, (6.1)
gdje je K konstantni koeficijent koji ovisi o konstrukciji motora.
Kada kotva rotira, njezin namot prelazi uzbudni magnetski tok i u njemu se inducira emf E, proporcionalna frekvenciji vrtnje n:
E = C × n × F, (6.2)
gdje je C konstantni koeficijent koji ovisi o konstrukciji motora.
Struja kruga armature:
I I =(U–E)/(RI +R OBC)=(U–S×n ×F)/(RI +R OBC), (6.3)
Rješavajući zajedno izraze 6.1 i 6.3 s obzirom na n, nalazimo analitički izraz za mehaničke karakteristike motora n=F(M). Nju grafička slika prikazano na slici 6.1.
Riža. 6.1. Mehaničke karakteristike istosmjernog motora s mješovitom pobudom
Točka A odgovara praznom hodu motora pri brzini vrtnje n o. S povećanjem mehaničkog opterećenja, brzina vrtnje se smanjuje, a zakretni moment raste, dostižući nazivnu vrijednost M H u točki B. U dijelu zrakoplova motor je preopterećen. Struja Iya prelazi nazivnu vrijednost, što dovodi do brzog zagrijavanja armature i OVS namota, a iskrenje na kolektoru se povećava. Maksimalni zakretni moment Mmax (točka C) ograničen je radnim uvjetima kolektora i mehaničkom čvrstoćom motora.
Nastavljajući mehaničku karakteristiku dok ne presiječe os zakretnog momenta u točki D, dobili bismo vrijednost zakretnog momenta kada je motor izravno spojen na mrežu EMF je nula, a struja u krugu armature, u skladu s formulom 6.3, naglo raste.
Da bi se smanjila početna struja, početni reostat Rx (slika 6.2) s otporom spojen je serijski na armaturni krug:
Rx = U H / (1,3...2,5) ×I Ya.N. - (R I - R obc), (6.4)
gdje je U h nazivni napon mreže;
ja Y.N. - nazivna struja armature.
Smanjenje struje armature na (1,3...2,5)×I Ya.N. osigurava dovoljan početni startni moment MP (točka D). Kako motor ubrzava, otpor Rx se smanjuje na nulu, održavajući približno konstantnu vrijednost MP (presjek SD).
Reostat R B u krugu paralelnog pobudnog namota (slika 6.2) omogućuje vam reguliranje veličine magnetskog toka F (formula 6.1). Prije pokretanja motora potpuno se izvlači kako bi se dobio potreban startni moment pri minimalnoj struji armature.
Pomoću formule 6.3 određujemo brzinu motora
n = (U - I I (R I + R obc + Rx)) / (S F), (6.5)
u kojoj su R I, R obc i C konstantne veličine, a U, I I i F se mogu mijenjati. Ovo podrazumijeva tri moguće načine kontrola brzine motora:
Promjena vrijednosti isporučenog napona;
Promjenom vrijednosti struje armature pomoću reostata za podešavanje Rx, koji je, za razliku od startnog reostata, dizajniran za kontinuirani rad;
Promjenom veličine pobudnog magnetskog toka F, koji je proporcionalan struji u namotima OVSh i OVS. U paralelnom namotu može se podešavati reostatom R b. Otpor R b uzima se ovisno o potrebnim granicama kontrole brzine R B = (2...5) R obsh.
Na natpisnoj pločici motora navedena je nazivna brzina vrtnje, koja odgovara nazivnoj snazi na vratilu motora pri nazivnom mrežnom naponu i izlaznim otporima reostata R X i R B.
proučiti uređaj, princip rada, karakteristike istosmjernog elektromotora;
steći praktične vještine pokretanja, rada i zaustavljanja istosmjernog elektromotora;
eksperimentalno istražiti teorijske informacije o karakteristikama istosmjernog motora.
Osnovni teorijski principi
Istosmjerni elektromotor je električni stroj namijenjen pretvaranju električne energije u mehaničku.
Dizajn istosmjernog elektromotora ne razlikuje se od istosmjernog generatora. Ova okolnost čini istosmjerne električne strojeve reverzibilnim, odnosno omogućuje im da se koriste i u generatorskom i u motornom načinu rada. Strukturno, DC elektromotor ima fiksne i pokretne elemente, koji su prikazani na Sl. 1.
Fiksni dio - stator 1 (okvir) izrađen je od čeličnog lijeva, sastoji se od 2 glavna i 3 pomoćna pola s 4 namota polja i 5 i kist travers s kistovima. Stator obavlja funkciju magnetskog kruga. Uz pomoć glavnih polova stvara se magnetsko polje koje je konstantno u vremenu, a nepomično u prostoru. Dodatni polovi se postavljaju između glavnih polova i poboljšavaju uvjete sklopke.
Pokretni dio istosmjernog elektromotora je rotor 6 (armatura), koji je postavljen na rotirajuću osovinu. Armatura također ima ulogu magnetskog kruga. Izrađen je od tankih, međusobno električno izoliranih, tankih limova elektrotehničkog čelika s visokim udjelom silicija, čime se smanjuju gubici snage. Namoti 7 su utisnuti u utore armature, čiji su stezaljci spojeni na kolektorske ploče 8, koje se nalaze na istoj osovini elektromotora (vidi sliku 1).
Razmotrimo princip rada istosmjernog elektromotora. Spajanje istosmjernog napona na stezaljke električnog stroja uzrokuje istovremenu pojavu struje u namotima polja (statora) i u namotima armature (slika 2). Kao rezultat interakcije struje armature s magnetskim tokom stvorenim namotom polja, u statoru se javlja sila f, određeno Amperovim zakonom . Smjer te sile određen je pravilom lijeve ruke (sl. 2), prema kojem je orijentirana okomito na struju ja(u namotu kotve), te na vektor magnetske indukcije U(stvaran uzbudnim namotom). Kao rezultat toga, par sila djeluje na rotor (slika 2). Sila djeluje na gornji dio rotora desno, na donji dio - lijevo. Ovaj par sila stvara zakretni moment pod čijim se utjecajem kotva okreće. Veličina rezultirajućeg elektromagnetskog momenta ispada da je jednaka
M = c m ja ja F,
Gdje S m - koeficijent koji ovisi o izvedbi armaturnog namota i broju polova elektromotora; F- magnetski tok jednog para glavnih polova elektromotora; ja ja - struja armature motora. Kao što slijedi iz Sl. 2, rotacija namota armature popraćena je istodobnom promjenom polariteta na kolektorskim pločama. Smjer struje u zavojima armaturnog namota mijenja se u suprotan, ali magnetski tok namota polja zadržava isti smjer, što određuje stalni smjer sila f, a time i zakretni moment.
Rotacija armature u magnetskom polju dovodi do pojave EMF-a u njegovom namotu, čiji je smjer određen pravilom desne ruke. Kao rezultat toga, za onaj prikazan na Sl. 2 konfiguracije polja i sila u namotu armature, nastat će inducirana struja, usmjerena suprotno od glavne struje. Stoga se rezultirajući EMF naziva povratni EMF. Vrijednost mu je jednaka
E = S e nF,
Gdje n- brzina vrtnje armature elektromotora; S e je koeficijent koji ovisi o strukturnim elementima stroja. Ovaj EMF smanjuje rad elektromotora.
Struja u kotvi stvara magnetsko polje koje djeluje na magnetsko polje glavnih polova (statora), što se naziva reakcija armature. Kada je stroj u praznom hodu, magnetsko polje stvaraju samo glavni polovi. Ovo polje je simetrično u odnosu na osi ovih polova i koaksijalno s njima. Kada se na motor priključi opterećenje, u armaturnom namotu se zbog struje stvara magnetsko polje - polje armature. Os ovog polja bit će okomita na osi glavnih polova. Budući da pri rotaciji armature raspodjela struje u armaturnim vodičima ostaje nepromijenjena, polje armature ostaje nepomično u prostoru. Zbrajanje ovog polja s poljem glavnih polova daje rezultirajuće polje, koje rotira za kut suprotno od smjera vrtnje armature. Kao rezultat toga, okretni moment se smanjuje, jer neki od vodiča ulaze u zonu pola suprotnog polariteta i stvaraju moment kočenja. U tom slučaju četkice iskre, a komutator gori i nastaje uzdužno demagnetizirajuće polje.
Da bi se smanjio utjecaj reakcije armature na rad stroja, u njega su ugrađeni dodatni polovi. Namoti takvih polova spojeni su u seriju s glavnim namotom armature, ali promjena smjera namota u njima uzrokuje pojavu magnetskog polja usmjerenog protiv magnetskog polja armature.
Za promjenu smjera vrtnje istosmjernog motora potrebno je promijeniti polaritet napona koji se dovodi na armaturu ili namot polja.
Ovisno o načinu uključivanja uzbudnog namota razlikuju se istosmjerni elektromotori s paralelnom, serijskom i mješovitom uzbudom.
Za motore s paralelnom uzbudom, namot je predviđen za puni napon opskrbne mreže i spojen je paralelno na armaturni krug (slika 3).
Motor sa serijskim namotajem ima namot polja koji je serijski spojen s armaturom, tako da je ovaj namot dizajniran za prijenos pune struje armature (slika 4).
Motori s mješovitom uzbudom imaju dva namota, jedan je spojen paralelno, drugi serijski s armaturom (slika 5).
Riža. 3 sl. 4
Pri pokretanju istosmjernih elektromotora (bez obzira na način uzbude) izravnim priključkom na opskrbnu mrežu nastaju značajne startne struje koje mogu dovesti do njihovog kvara. To se događa kao posljedica oslobađanja značajne količine topline u namotu armature i naknadnog kvara njegove izolacije. Stoga se istosmjerni motori pokreću posebnim uređajima za pokretanje. U većini slučajeva u te se svrhe koristi najjednostavniji uređaj za pokretanje - reostat za pokretanje. Na primjeru istosmjernog motora s paralelnom uzbudom prikazan je postupak pokretanja istosmjernog motora s startnim reostatom.
Na temelju jednadžbe sastavljene u skladu s drugim Kirchhoffovim zakonom za lijevu stranu strujni krug(vidi sliku 3), početni reostat je potpuno uklonjen ( R početak = 0), struja armature
,
Gdje U- napon koji se dovodi do elektromotora; R i je otpor namota armature.
U početnom trenutku pokretanja elektromotora brzina vrtnje armature n= 0, stoga će i protuelektromotorna sila inducirana u armaturnom namotu, sukladno prethodno dobivenom izrazu, biti jednaka nuli ( E= 0).
Otpor namota armature R Ja sam prilično mala količina. Kako bi se ograničila moguća nedopustivo visoka struja u armaturnom krugu tijekom paljenja, u seriju s armaturom uključuje se startni reostat (otpor pokretanja), neovisno o načinu pobude motora. R početak). U ovom slučaju struja startne armature
.
Početni otpor reostata R Start je izračunat da radi samo za vrijeme starta i odabire se na takav način da startna struja armature elektromotora ne prelazi dopuštenu vrijednost ( ja i, početak 2 ja ja, nom). Kako se električni motor ubrzava, EMF induciran u namotu armature zbog povećanja njegove frekvencije vrtnje n povećava ( E=S e nF). Kao rezultat toga, struja armature, pod jednakim uvjetima, opada. U ovom slučaju, otpor startnog reostata R početak Kako se armatura motora ubrzava, mora se postupno smanjivati. Nakon ubrzanja motora do nazivnog broja okretaja armature, EMF se toliko poveća da se otpor pokretanja može svesti na nulu, bez opasnosti od značajnijeg povećanja struje armature.
Dakle, početni otpor R pokretanje u armaturnom krugu potrebno je samo pri pokretanju. Tijekom normalnog rada elektromotora mora se isključiti, prvo, jer je dizajniran za kratkotrajni rad tijekom pokretanja, a drugo, ako postoji otpor pokretanja, u njemu će se pojaviti gubici toplinske snage jednaki R početak ja 2., značajno smanjujući učinkovitost elektromotora.
.
Uzimajući u obzir izraz za EMF ( E=S e nF), pišući dobivenu formulu u odnosu na brzinu vrtnje, dobivamo jednadžbu za frekvencijske (brzinske) karakteristike elektromotora n(ja ja):
.
Iz toga slijedi da u nedostatku opterećenja na osovini i struji armature ja ja = 0 brzina vrtnje motora pri zadanoj vrijednosti napona napajanja
.
Brzina motora n 0 je idealna brzina praznog hoda. Osim o parametrima elektromotora ovisi i o vrijednosti ulaznog napona i magnetskog toka. Sa smanjenjem magnetskog toka, pod jednakim uvjetima, povećava se idealna brzina praznog hoda. Stoga, u slučaju prekida kruga pobudnog namota, kada pobudna struja postane nula ( ja v = 0), magnetski tok motora se smanjuje na vrijednost jednaku vrijednosti zaostalog magnetskog toka F ost. U tom slučaju motor "ide u overdrive", razvijajući brzinu vrtnje znatno veću od nominalne, što predstavlja određenu opasnost i za motor i za operativno osoblje.
Frekvencijska (brzinska) karakteristika istosmjernog elektromotora s paralelnom uzbudom n(ja i) pri konstantnoj vrijednosti magnetskog toka F=konst i konstantna vrijednost dovedenog napona U = konst izgleda kao ravna linija (slika 6).
Izražavanje struje armature u jednadžbama frekvencijskih karakteristika preko elektromagnetskog momenta motora M =S m ja ja F, dobivamo jednadžbu mehaničke karakteristike, tj. ovisnost n(M) na U = konst za motore s paralelnom pobudom:
.
Zanemarujući utjecaj reakcije armature tijekom promjene opterećenja, možemo pretpostaviti da je elektromagnetski moment motora proporcionalan struji armature. Stoga mehaničke karakteristike istosmjernih motora imaju isti oblik kao i odgovarajuće frekvencijske karakteristike. Elektromotor s paralelnom uzbudom ima krutu mehaničku karakteristiku (slika 7). Iz ove karakteristike jasno je da se njegova frekvencija vrtnje neznatno smanjuje s povećanjem momenta opterećenja, budući da uzbudna struja kada je namot polja spojen paralelno i, sukladno tome, magnetski tok motora ostaje praktički nepromijenjen, a otpor kruga armature je relativno mala.
Karakteristike rada paralelno pobuđenog istosmjernog motora prikazane su na sl. 8. Iz ovih karakteristika je jasno da brzina vrtnje n elektromotora s paralelnom uzbudom malo opada s povećanjem opterećenja. Ovisnost korisnog momenta na vratilu motora o snazi R 2 je gotovo ravna linija, budući da je moment ovog motora proporcionalan opterećenju na osovini: M=kR 2 / n. Zakrivljenost ove ovisnosti objašnjava se blagim smanjenjem brzine rotacije s povećanjem opterećenja.
Na R 2 = 0 struja koju troši elektromotor jednaka je struji praznog hoda. S povećanjem snage, struja armature raste približno prema istoj ovisnosti kao i moment opterećenja na osovini, jer pod uvjetom F=konst Struja armature proporcionalna je momentu opterećenja. Učinkovitost elektromotora definirana je kao omjer korisne snage na osovini i snage potrošene iz mreže:
,
Gdje R 2 - korisna snaga osovine; R 1 =korisničko sučelje- snaga koju troši elektromotor iz opskrbne mreže; R eya = ja 2 i R i - gubici električne energije u krugu armature, R ev = korisničko sučelje u, = ja 2 in R V - gubici električne snage u uzbudnom krugu; R krzno - mehanički gubici snage; R m - gubici snage zbog histereze i vrtložnih struja.
Uz konstantan napon napajanja i konstantan magnetski tok, u procesu promjene vrijednosti otpora armaturnog kruga, može se dobiti obitelj mehaničkih karakteristika, na primjer, za elektromotor s paralelnom uzbudom (slika 9).
Prednost razmatrane metode upravljanja leži u relativnoj jednostavnosti i mogućnosti postizanja glatke promjene brzine vrtnje u širokom rasponu (od nule do nazivne vrijednosti frekvencije). n ne m). Nedostaci ove metode su značajni gubici snage u dodatnom otporu, koji se povećavaju smanjenjem brzine vrtnje, kao i potreba za korištenjem dodatne upravljačke opreme. Osim toga, ova metoda ne dopušta podešavanje brzine vrtnje elektromotora prema gore od njegove nominalne vrijednosti.
Promjena brzine vrtnje istosmjernog elektromotora može se ostvariti i kao rezultat promjene vrijednosti pobudnog magnetskog toka. Kada se magnetski tok mijenja u skladu s jednadžbom frekvencijskog odziva za istosmjerne motore s paralelnom pobudom pri konstantnoj vrijednosti napona napajanja i konstantnoj vrijednosti otpora kruga armature, može se dobiti obitelj mehaničkih karakteristika prikazanih na slici. 10.
U nedostatke ove metode također spada relativno mali raspon regulacije zbog ograničenja mehaničke čvrstoće i sklopnosti elektromotora. Prednost ovog načina upravljanja je njegova jednostavnost. Kod motora s paralelnom uzbudom to se postiže promjenom otpora reostata za podešavanje R R u uzbudnom krugu.
Kod istosmjernih motora sa serijskom uzbudom promjena magnetskog toka postiže se ranžiranjem namota polja s otporom odgovarajuće vrijednosti ili kratkim spojem određenog broja zavoja namota polja.
Metoda regulacije brzine vrtnje promjenom napona na stezaljkama armature motora dobila je široku primjenu, posebno u elektromotornim pogonima izgrađenim na sustavu generator-motor. Uz konstantan magnetski tok i otpor kruga armature, kao rezultat promjene napona armature, može se dobiti obitelj frekvencijskih karakteristika.
S promjenom ulaznog napona idealna brzina praznog hoda n 0 u skladu s ranije navedenim izrazom, mijenja se proporcionalno naponu. Budući da otpor armaturnog kruga ostaje nepromijenjen, krutost obitelji mehaničkih karakteristika ne razlikuje se od krutosti prirodne mehaničke karakteristike na U=U ne m.
Prednost razmatrane metode upravljanja je širok raspon varijacija brzine vrtnje bez povećanja gubitaka snage. Nedostaci ove metode uključuju činjenicu da zahtijeva izvor reguliranog napona napajanja, a to dovodi do povećanje težine, dimenzija i troškova ugradnje.
Laboratorijski radovi→ broj 10
Elaborat istosmjernog elektromotora (na modelu).
Cilj rada: Upoznati se s osnovnim dijelovima istosmjernog elektromotora na modelu ovog motora.
Ovo je možda najlakši rad za tečaj 8. razreda. Samo trebate spojiti model motora na izvor struje, vidjeti kako radi i zapamtiti nazive glavnih dijelova elektromotora (armatura, induktor, četke, poluprstenovi, namot, osovina).
Elektromotor koji vam je ponudio vaš učitelj može biti sličan onom prikazanom na slici, ili može imati drugačiji izgled, jer postoji mnogo opcija za školske elektromotore. Ovo nije od temeljne važnosti, jer će vam učitelj vjerojatno detaljno reći i pokazati kako se rukuje modelom.
Nabrojimo glavne razloge zašto pravilno priključen elektromotor ne radi. Otvoreni krug, nedostatak kontakta četkica s poluprstenovima, oštećenje namota armature. Ako ste u prva dva slučaja sasvim sposobni sami to riješiti, ako namot pukne, trebate se obratiti učitelju. Prije nego što uključite motor, trebali biste se uvjeriti da se njegova armatura može slobodno okretati i da je ništa ne ometa, inače će elektromotor, kada se uključi, emitirati karakteristično zujanje, ali se neće okretati.
