هر موتور الکتریکی برای انجام کارهای مکانیکی به دلیل مصرف برق اعمال شده به آن طراحی شده است که معمولاً به حرکت چرخشی تبدیل می شود. اگرچه در فناوری مدل هایی وجود دارد که بلافاصله یک حرکت انتقالی بدن کار ایجاد می کند. به آنها موتورهای خطی می گویند.

در تاسیسات صنعتی، موتورهای الکتریکی ماشین‌ها و دستگاه‌های مکانیکی مختلفی را به حرکت در می‌آورند که در فرآیند تولید فن‌آوری نقش دارند.

در داخل لوازم خانگی، موتورهای الکتریکی کار می کنند ماشین های لباسشویی، جاروبرقی، کامپیوتر، سشوار، اسباب بازی های کودکان، ساعت و بسیاری وسایل دیگر.

فرآیندهای فیزیکی اساسی و اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

روی متحرک های داخل بارهای الکتریکیکه جریان الکتریکی نامیده می شوند، همیشه نیروی مکانیکی وجود دارد که تمایل دارد جهت آنها را در صفحه ای که عمود بر جهت خطوط مغناطیسی نیرو قرار دارد منحرف کند. چه زمانی برقاز یک هادی فلزی یا یک سیم پیچ ساخته شده از آن عبور می کند، سپس این نیرو تمایل دارد تا هر هادی حامل جریان و کل سیم پیچ را به طور کلی حرکت دهد/ بچرخاند.

تصویر زیر یک قاب فلزی را نشان می دهد که جریان از آن عبور می کند. میدان مغناطیسی اعمال شده بر روی آن نیروی F را برای هر شاخه از قاب ایجاد می کند و یک حرکت چرخشی ایجاد می کند.

این خاصیت برهمکنش انرژی الکتریکی و مغناطیسی مبتنی بر ایجاد نیروی محرکه الکتریکی در مدار رسانای بسته در عملکرد هر موتور الکتریکی دخیل است. طراحی آن شامل:

سیم پیچی که جریان الکتریکی از آن عبور می کند. بر روی یک هسته لنگر مخصوص قرار می گیرد و در یاتاقان های چرخشی برای کاهش واکنش نیروهای اصطکاک محکم می شود. این ساختار روتور نامیده می شود.

استاتوری که میدان مغناطیسی ایجاد می کند که با خطوط نیروی خود به بارهای الکتریکی عبوری از پیچ های سیم پیچ روتور نفوذ می کند.

مسکن برای مسکن استاتور. سوکت های مخصوص نصب در داخل محفظه ساخته شده است که در داخل آن، روتورهای بیرونی یاتاقان های روتور نصب می شوند.

یک طراحی ساده از ساده ترین موتور الکتریکی را می توان با تصویر زیر نشان داد.

هنگامی که روتور می چرخد، گشتاوری ایجاد می شود که قدرت آن به طراحی کلی دستگاه، مقدار انرژی الکتریکی اعمال شده و تلفات آن در هنگام تبدیل ها بستگی دارد.

حداکثر قدرت گشتاور ممکن موتور همیشه کمتر از انرژی الکتریکی اعمال شده به آن است. با بزرگی ضریب کارایی مشخص می شود.

انواع موتورهای الکتریکی

بر اساس نوع جریانی که از سیم پیچ ها عبور می کند، آنها را به موتورهای DC یا AC تقسیم می کنند. هر یک از این دو گروه دارای تعداد زیادی اصلاحات با استفاده از فرآیندهای تکنولوژیکی مختلف هستند.

موتورهای الکتریکی جریان مستقیم

میدان مغناطیسی استاتور آنها توسط آهنرباهای الکتریکی نصب شده دائمی یا مخصوص با سیم پیچ میدان ایجاد می شود. سیم پیچ آرمیچر به طور صلب در شفت نصب شده است که در یاتاقان ها ثابت است و می تواند آزادانه حول محور خود بچرخد.

ساختار اصلی چنین موتوری در شکل نشان داده شده است.

روی هسته آرمیچر ساخته شده از مواد فرومغناطیسی، سیم پیچی متشکل از دو قسمت سری متصل است که از یک طرف به صفحات جمع کننده رسانا و سر دیگر به یکدیگر متصل می شوند. دو برس گرافیتی در انتهای مخالف آرمیچر قرار دارند و در برابر لنت های تماس صفحات کموتاتور فشرده می شوند.

برس پایینی الگو با پتانسیل مثبت منبع جریان ثابت و برس بالایی با پتانسیل منفی عرضه می شود. جهت جریان عبوری از سیم پیچ با یک فلش قرمز نقطه چین نشان داده شده است.

جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی قطب شمال در قسمت پایین سمت چپ آرمیچر و یک قطب جنوب در سمت راست بالا (قانون گیملت) می شود. این منجر به دفع قطب های روتور از قطب های ثابت مشابه و جذب به قطب های غیرمشابه روی استاتور می شود. در نتیجه نیروی اعمال شده، یک حرکت چرخشی رخ می دهد که جهت آن با فلش قهوه ای نشان داده می شود.

با چرخش بیشتر آرمیچر، با اینرسی، قطب ها به صفحات جمع کننده دیگر منتقل می شوند. جهت جریان در آنها به عکس تغییر می کند. روتور به چرخش بیشتر ادامه می دهد.

طراحی ساده چنین دستگاه کلکتوری منجر به تلفات زیادی انرژی الکتریکی می شود. چنین موتورهایی در وسایل ساده یا اسباب بازی های کودکان کار می کنند.

موتورهای الکتریکی DC درگیر در فرآیند تولید، طراحی پیچیده تری دارند:

سیم پیچ نه به دو، بلکه به قسمت های بیشتری تقسیم می شود.

هر بخش سیم پیچ بر روی قطب خود نصب شده است.

دستگاه کلکتور از تعداد معینی پد تماس با توجه به تعداد بخش های سیم پیچ ساخته شده است.

در نتیجه اتصال صاف هر قطب از طریق صفحات تماس آن به برس ها و منبع جریان ایجاد می شود و تلفات برق کاهش می یابد.

دستگاه چنین لنگر در تصویر نشان داده شده است.

برای موتورهای الکتریکی DC، جهت چرخش روتور را می توان معکوس کرد. برای این کار کافی است با تغییر قطبیت در منبع، حرکت جریان در سیم پیچ را معکوس کنید.

موتورهای AC

تفاوت آنها با طرح های قبلی این است که جریان الکتریکی در سیم پیچ آنها با تغییر دوره ای جهت آن (علامت) توصیف می شود. برای تغذیه آنها، ولتاژ از ژنراتورهای علامت متناوب تامین می شود.

استاتور چنین موتورهایی از یک مدار مغناطیسی ساخته شده است. این از صفحات فرومغناطیسی با شیارهایی ساخته شده است که در آنها سیم پیچ با پیکربندی قاب (سیم پیچ) قرار می گیرد.

موتورهای الکتریکی سنکرون

تصویر زیر نشان می دهد اصل کار موتور AC تک فازبا چرخش همزمان میدان های الکترومغناطیسی روتور و استاتور.

در شیارهای مدار مغناطیسی استاتور در انتهای قطری مخالف، هادی های سیم پیچی وجود دارد که به صورت شماتیک به شکل یک قاب نشان داده شده است که از طریق آن جریان متناوب جریان می یابد.

اجازه دهید مورد را برای لحظه زمانی مربوط به گذر از قسمت مثبت نیمه موج آن در نظر بگیریم.

یک روتور با آهنربای دائمی داخلی، آزادانه در بلبرینگ‌ها می‌چرخد، که دارای یک قطب شمال "دهانه N" و "دهانه S" جنوبی است. هنگامی که یک نیم موج مثبت جریان از سیم پیچ استاتور عبور می کند، یک میدان مغناطیسی با قطب های "S st" و "N st" در آن ایجاد می شود.

نیروهای برهمکنش بین میدان‌های مغناطیسی روتور و استاتور (مانند قطب‌ها دفع می‌شوند و قطب‌های مخالف جذب می‌شوند)، که تمایل دارند آرمیچر موتور الکتریکی را از یک موقعیت دلخواه به نقطه نهایی بچرخانند، زمانی که قطب‌های مخالف نزدیک به هم قرار دارند. تا حد امکان نسبت به یکدیگر

اگر همین مورد را در نظر بگیریم، اما برای لحظه ای که نیمه موج معکوس - منفی جریان از طریق هادی قاب می گذرد، چرخش آرمیچر در جهت مخالف اتفاق می افتد.

برای ایجاد حرکت مداوم به روتور، نه یک قاب سیم پیچ در استاتور، بلکه تعداد معینی از آنها ساخته می شود، با در نظر گرفتن اینکه هر یک از آنها از یک منبع جریان جداگانه تغذیه می شود.

اصل عملیات موتور سه فازچرخش همزمان ACمیدان های الکترومغناطیسی روتور و استاتور در تصویر زیر نشان داده شده است.

در این طرح، سه سیم پیچ A، B و C در داخل مدار مغناطیسی استاتور نصب شده اند که در زوایای 120 درجه نسبت به یکدیگر جابجا شده اند. سیم پیچ A با رنگ زرد، B با سبز و C با قرمز مشخص شده است. هر سیم پیچ با همان قاب های مورد قبلی ساخته شده است.

در تصویر، برای هر مورد، جریان فقط از یک سیم پیچ در جهت جلو یا معکوس عبور می کند که با علائم "+" و "-" نشان داده می شود.

هنگامی که یک نیم موج مثبت از فاز A در جهت رو به جلو عبور می کند، محور میدان روتور حالت افقی می گیرد زیرا قطب های مغناطیسی استاتور در این صفحه تشکیل شده و آرمیچر متحرک را جذب می کند. قطب های روتور مخالف به قطب های استاتور نزدیک می شوند.

هنگامی که نیم موج مثبت از فاز C پیروی می کند، آرمیچر 60 درجه در جهت عقربه های ساعت می چرخد. پس از وارد شدن جریان به فاز B، چرخش مشابهی از آرمیچر رخ خواهد داد. هر جریان متوالی در فاز بعدی سیم پیچ بعدی، روتور را می چرخاند.

اگر یک ولتاژ شبکه سه فاز با زاویه 120 درجه به هر سیم‌پیچ منتقل شود، جریان‌های متناوب در آنها به گردش در می‌آیند که آرمیچر را می‌چرخاند و چرخش همزمان آن را با میدان الکترومغناطیسی عرضه‌شده ایجاد می‌کند.

از همان طراحی مکانیکی با موفقیت استفاده شده است موتور پله ای سه فاز. فقط در هر سیم پیچ، با کمک کنترل، پالس های جریان مستقیم مطابق الگوریتم شرح داده شده در بالا تامین و حذف می شوند.

پرتاب آنها یک حرکت چرخشی را آغاز می کند و متوقف می شود لحظه معینزمان چرخش دوز شفت و توقف در یک زاویه برنامه ریزی شده برای انجام برخی عملیات تکنولوژیکی را فراهم می کند.

در هر دو سیستم سه فاز توصیف شده، امکان تغییر جهت چرخش آرمیچر وجود دارد. برای انجام این کار، فقط باید دنباله فاز "A" - "B" - "C" را به چیز دیگری تغییر دهید، به عنوان مثال، "A" - "C" - "B".

سرعت چرخش روتور با طول دوره T تنظیم می شود. کاهش آن منجر به تسریع چرخش می شود. بزرگی دامنه جریان در فاز بستگی دارد مقاومت داخلیسیم پیچ و ولتاژ اعمال شده به آن. مقدار گشتاور و قدرت موتور الکتریکی را تعیین می کند.

موتورهای الکتریکی آسنکرون

این طرح های موتور دارای مدار مغناطیسی استاتور با سیم پیچی مشابه مدل های تک فاز و سه فاز قبلی هستند. آنها نام خود را به دلیل چرخش غیر همزمان میدان های الکترومغناطیسی آرمیچر و استاتور گرفتند. این کار با بهبود پیکربندی روتور انجام شد.

هسته آن از صفحات فولادی گرید الکتریکی با شیارها ساخته شده است. آنها مجهز به هادی های جریان آلومینیومی یا مسی هستند که در انتهای آرمیچر توسط حلقه های رسانا بسته می شوند.

هنگامی که ولتاژ به سیم‌پیچ‌های استاتور اعمال می‌شود، یک جریان الکتریکی در سیم‌پیچ روتور توسط نیروی الکتروموتور القا می‌شود و میدان مغناطیسی آرمیچر ایجاد می‌شود. هنگامی که این میدان های الکترومغناطیسی برهم کنش می کنند، شفت موتور شروع به چرخش می کند.

با این طراحی، حرکت روتور تنها پس از ایجاد میدان الکترومغناطیسی دوار در استاتور و ادامه کار در حالت ناهمزمان با آن امکان پذیر است.

موتورهای آسنکرون از نظر طراحی ساده تر هستند. بنابراین ارزان‌تر بوده و در تاسیسات صنعتی و لوازم خانگی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند.

موتورهای خطی

بسیاری از قطعات کار مکانیزم های صنعتی حرکت رفت و برگشتی یا رو به جلو را در یک صفحه انجام می دهند که برای عملکرد ماشین آلات فلزکاری، وسایل نقلیه، ضربات چکش هنگام راندن شمع ها ضروری است.

جابجایی چنین بدنه کاری با استفاده از گیربکس ها، پیچ های توپ، درایوهای تسمه و دستگاه های مکانیکی مشابه از یک موتور الکتریکی دوار، طراحی را پیچیده می کند. نوین راه حل فنیاین مشکل عملکرد یک موتور الکتریکی خطی است.

استاتور و روتور آن به شکل نوارها کشیده شده اند و مانند موتورهای الکتریکی چرخشی به صورت حلقه تا نمی شوند.

اصل کار این است که به دلیل انتقال انرژی الکترومغناطیسی از یک استاتور ثابت با یک مدار مغناطیسی باز با طول معین، حرکت خطی رفت و برگشتی را به روتور دونده منتقل کنیم. در داخل آن با روشن کردن متناوب جریان، میدان مغناطیسی جاری ایجاد می شود.

روی سیم پیچ آرمیچر با کموتاتور عمل می کند. نیروهای ناشی از چنین موتوری روتور را فقط در جهت خطی در امتداد عناصر راهنما حرکت می دهد.

موتورهای خطی برای کارکردن در حالت ثابت یا جریان متناوب، می تواند در حالت همزمان یا ناهمزمان کار کند.

معایب موتورهای خطی عبارتند از:

پیچیدگی تکنولوژی؛

قیمت بالا؛

سطوح انرژی پایین

شرایط کار: کار آزمایشگاهی شماره 10. مطالعه موتور DC الکتریکی (روی مدل).

مشکل از
کتاب درسی فیزیک کلاس هشتم A.V. Peryshkin، N.A. Rodina
برای سال 1998
کتاب کار آنلاین فیزیک
برای کلاس هشتم
کارهای آزمایشگاهی
- عدد
10

مطالعه موتور الکتریکی DC (بر روی یک مدل).

هدف کار: آشنایی با قطعات اصلی یک موتور DC الکتریکی با استفاده از مدلی از این موتور.

شاید این ساده ترین کار برای کلاس هشتم باشد. شما فقط باید مدل موتور را به منبع جریان وصل کنید، ببینید چگونه کار می کند و نام قطعات اصلی موتور الکتریکی (آرمیچر، سلف، برس، نیمه حلقه، سیم پیچ، شفت) را به خاطر بسپارید.

موتور برقی که معلم شما به شما پیشنهاد می کند ممکن است شبیه به آنچه در شکل نشان داده شده باشد، یا ظاهر متفاوتی داشته باشد، زیرا گزینه های زیادی برای موتورهای الکتریکی مدرسه وجود دارد. این از اهمیت اساسی برخوردار نیست، زیرا معلم احتمالاً جزئیات را به شما می گوید و نحوه کار با مدل را به شما نشان می دهد.

اجازه دهید دلایل اصلی کار نکردن موتور الکتریکی که به درستی متصل شده است را فهرست کنیم. مدار باز، عدم تماس برس ها با حلقه های نیمه، آسیب به سیم پیچ آرمیچر. اگر در دو مورد اول کاملاً قادر به انجام آن به تنهایی هستید، اگر سیم پیچ شکسته شود، باید با یک معلم تماس بگیرید. قبل از روشن کردن موتور باید مطمئن شوید که آرمیچر آن می تواند آزادانه بچرخد و هیچ چیز مزاحم آن نباشد، در غیر این صورت هنگام روشن شدن موتور الکتریکی یک زمزمه مشخص منتشر می کند، اما نمی چرخد.

نمیدونی چطوری حل کنی؟ آیا می توانید با یک راه حل کمک کنید؟ بیا داخل و بپرس

←کار آزمایشگاهی شماره 9. مونتاژ الکترومغناطیس و آزمایش عملکرد آن کار آزمایشگاهی شماره 11. گرفتن تصویر با استفاده از عدسی.-

دستگاه، اصل کار، ویژگی های یک موتور الکتریکی DC را مطالعه کنید.

کسب مهارت های عملی در راه اندازی، راه اندازی و توقف موتور الکتریکی DC.

اطلاعات نظری در مورد ویژگی های موتور الکتریکی DC را به صورت تجربی بررسی کنید.

مبانی نظری پایه

موتور الکتریکی DC یک ماشین الکتریکی است که برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی طراحی شده است.

طراحی موتور الکتریکی DC هیچ تفاوتی با ژنراتور DC ندارد. این شرایط ماشین های الکتریکی DC را برگشت پذیر می کند، یعنی به آنها اجازه می دهد در هر دو حالت ژنراتور و موتور استفاده شوند. از نظر ساختاری، یک موتور الکتریکی DC دارای عناصر ثابت و متحرک است که در شکل نشان داده شده است. 1.

قسمت ثابت - استاتور 1 (قاب) از فولاد ریخته گری، شامل 2 قطب اصلی و 3 قطب اضافی با 4 سیم پیچ میدانی است. و 5 و تراورس قلم مو با برس. استاتور عملکرد یک مدار مغناطیسی را انجام می دهد. با کمک قطب های اصلی میدان مغناطیسی ثابت در زمان و بی حرکت در فضا ایجاد می شود. قطب های اضافی بین قطب های اصلی قرار می گیرند و شرایط سوئیچینگ را بهبود می بخشند.

قسمت متحرک الکتروموتور DC روتور 6 (آرمیچر) است که بر روی یک محور چرخان قرار می گیرد. آرمیچر نیز نقش یک مدار مغناطیسی را ایفا می کند. از ورقه های نازک، عایق الکتریکی از یکدیگر، ورق های نازک فولاد الکتریکی با محتوای سیلیکون بالا ساخته شده است که تلفات برق را کاهش می دهد. سیم پیچ 7 به شیارهای آرمیچر فشار داده می شود، پایانه های آن به صفحات جمع کننده 8، واقع در همان شفت موتور الکتریکی متصل می شوند (شکل 1 را ببینید).

بیایید اصل کار یک موتور الکتریکی DC را در نظر بگیریم. اتصال یک ولتاژ مستقیم به پایانه های یک ماشین الکتریکی باعث وقوع همزمان جریان در سیم پیچ های میدان (استاتور) و در سیم پیچ های آرمیچر می شود (شکل 2). در نتیجه برهمکنش جریان آرمیچر با شار مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ میدان، نیرویی در استاتور ایجاد می شود. f، توسط قانون آمپر تعیین می شود . جهت این نیرو توسط قانون دست چپ تعیین می شود (شکل 2) که بر اساس آن عمود بر هر دو جریان جهت گیری می شود. من(در سیم پیچ آرمیچر)، و به بردار القای مغناطیسی که در(ایجاد شده توسط سیم پیچ تحریک). در نتیجه یک جفت نیرو بر روتور وارد می شود (شکل 2). نیرو در قسمت بالایی روتور به سمت راست، در قسمت پایین - به سمت چپ عمل می کند. این جفت نیرو یک گشتاور ایجاد می کند که تحت تأثیر آن آرمیچر می چرخد. مقدار گشتاور الکترومغناطیسی حاصل برابر است با

م = جمتر منمن اف,

جایی که با m - ضریب بسته به طراحی سیم پیچ آرمیچر و تعداد قطب های موتور الکتریکی. اف- شار مغناطیسی یک جفت قطب اصلی موتور الکتریکی؛ منمن - جریان آرمیچر موتور همانطور که از شکل زیر آمده است. 2، چرخش سیم پیچ های آرمیچر با تغییر همزمان قطبیت در صفحات جمع کننده همراه است. جهت جریان در پیچ های سیم پیچ آرمیچر برعکس تغییر می کند، اما شار مغناطیسی سیم پیچ های میدان همان جهت را حفظ می کند که جهت ثابت نیروها را تعیین می کند. fو در نتیجه گشتاور.

چرخش آرمیچر در یک میدان مغناطیسی منجر به ظهور یک EMF در سیم پیچ آن می شود که جهت آن توسط قانون دست راست تعیین می شود. در نتیجه، برای مورد نشان داده شده در شکل. 2 پیکربندی میدان ها و نیروها در سیم پیچ آرمیچر، یک جریان القایی ایجاد می شود که خلاف جریان اصلی است. بنابراین، EMF حاصل را EMF برگشتی می نامند. ارزش آن برابر است

E = باه nФ,

جایی که n- سرعت چرخش آرمیچر موتور الکتریکی؛ با e یک ضریب بسته به عناصر ساختاری ماشین است. این EMF عملکرد موتور الکتریکی را کاهش می دهد.

جریان در آرمیچر میدان مغناطیسی ایجاد می کند که بر میدان مغناطیسی قطب های اصلی (استاتور) اثر می گذارد که به آن واکنش آرمیچر می گویند. هنگامی که دستگاه در حالت بیکار است، میدان مغناطیسی فقط توسط قطب های اصلی ایجاد می شود. این میدان نسبت به محورهای این قطب ها متقارن و با آنها هم محور است. هنگامی که یک بار به موتور متصل می شود، یک میدان مغناطیسی در سیم پیچ آرمیچر به دلیل جریان - میدان آرمیچر ایجاد می شود. محور این میدان عمود بر محور قطب های اصلی خواهد بود. از آنجایی که هنگام چرخش آرمیچر، توزیع جریان در هادی های آرمیچر بدون تغییر باقی می ماند، میدان آرمیچر در فضا بی حرکت می ماند. افزودن این میدان به میدان قطب های اصلی میدان حاصل را به دست می دهد که از طریق زاویه می چرخد  برخلاف جهت چرخش آرمیچر. در نتیجه، گشتاور کاهش می یابد، زیرا برخی از هادی ها وارد منطقه قطب مخالف قطب شده و گشتاور ترمز ایجاد می کنند. در این حالت، برس ها جرقه می زنند و کموتاتور می سوزد و یک میدان مغناطیسی زدایی طولی ایجاد می شود.

به منظور کاهش تأثیر واکنش آرمیچر بر عملکرد دستگاه، قطب های اضافی در آن تعبیه شده است. سیم‌پیچ‌های این گونه قطب‌ها به صورت سری با سیم‌پیچ اصلی آرمیچر متصل می‌شوند، اما تغییر جهت سیم‌پیچ در آنها باعث پیدایش میدان مغناطیسی در مقابل میدان مغناطیسی آرمیچر می‌شود.

برای تغییر جهت چرخش یک موتور DC، لازم است قطبیت ولتاژ تامین شده به آرمیچر یا سیم پیچ میدان را تغییر دهید.

بسته به روش روشن کردن سیم پیچ تحریک، موتورهای الکتریکی DC با تحریک موازی، سری و مخلوط متمایز می شوند.

برای موتورهای با تحریک موازی، سیم پیچ برای ولتاژ کامل شبکه تغذیه طراحی شده و به صورت موازی به مدار آرمیچر متصل می شود (شکل 3).

یک موتور سری سیم پیچی دارای سیم پیچ میدانی است که به صورت سری به آرمیچر متصل است، بنابراین این سیم پیچ برای حمل جریان کامل آرمیچر طراحی شده است (شکل 4).

موتورهای با تحریک مختلط دارای دو سیم پیچ هستند که یکی به صورت موازی و دیگری به صورت سری با آرمیچر متصل است (شکل 5).

برنج. 3 شکل 4

هنگام راه اندازی موتورهای الکتریکی DC (صرف نظر از روش تحریک) با اتصال مستقیم به شبکه تغذیه، جریان های راه اندازی قابل توجهی ایجاد می شود که می تواند منجر به خرابی آنها شود. این در نتیجه آزاد شدن مقدار قابل توجهی گرما در سیم پیچ آرمیچر و متعاقب آن شکسته شدن عایق آن رخ می دهد. بنابراین، موتورهای DC با استفاده از دستگاه های راه اندازی ویژه راه اندازی می شوند. در بیشتر موارد، ساده ترین دستگاه راه اندازی برای این اهداف استفاده می شود - یک رئوستات شروع. فرآیند راه اندازی یک موتور DC با یک رئوستات راه اندازی با استفاده از مثال یک موتور DC با تحریک موازی نشان داده شده است.

بر اساس معادله ای که مطابق با قانون دوم کیرشهوف برای سمت چپ مدار الکتریکی تهیه شده است (شکل 3 را ببینید)، رئوستات شروع به طور کامل خارج می شود. آرشروع = 0)، جریان آرمیچر

,

جایی که U- ولتاژ عرضه شده به موتور الکتریکی؛ آر i مقاومت سیم پیچ آرمیچر است.

در لحظه اولیه راه اندازی موتور الکتریکی، سرعت چرخش آرمیچر n= 0، بنابراین نیروی ضد الکتروموتور القا شده در سیم پیچ آرمیچر، مطابق با عبارت قبلی به دست آمده، نیز برابر با صفر خواهد بود ( E= 0).

مقاومت سیم پیچ آرمیچر آرمن یک مقدار نسبتا کمی هستم. برای محدود کردن جریان زیاد غیرقابل قبول احتمالی در مدار آرمیچر در هنگام راه‌اندازی، بدون توجه به روش تحریک موتور، یک رئوستات راه‌اندازی (مقاومت راه‌اندازی) به صورت سری با آرمیچر روشن می‌شود. آرشروع). در این مورد، جریان آرمیچر شروع

.

شروع مقاومت رئوستات آراستارت فقط برای زمان شروع محاسبه می شود و به گونه ای انتخاب می شود که جریان راه اندازی آرمیچر موتور الکتریکی از مقدار مجاز تجاوز نکند. منمن، شروع 2 منمن، نام). همانطور که موتور الکتریکی شتاب می گیرد، EMF در سیم پیچ آرمیچر به دلیل افزایش فرکانس چرخش آن n القا می شود. افزایش ( E=باه nФ). در نتیجه، جریان آرمیچر، با مساوی بودن سایر موارد، کاهش می یابد. در این مورد، مقاومت رئوستات شروع آر شروع کنیدهمانطور که آرمیچر موتور شتاب می گیرد، باید به تدریج کاهش یابد. پس از اینکه موتور به سرعت نامی آرمیچر شتاب داد، EMF آنقدر افزایش می‌یابد که می‌توان مقاومت راه‌اندازی را بدون خطر افزایش قابل توجه جریان آرمیچر به صفر کاهش داد.

بنابراین، مقاومت شروع آرراه اندازی در مدار آرمیچر فقط هنگام راه اندازی ضروری است. در هنگام کارکرد عادی موتور الکتریکی، اولاً به دلیل اینکه برای کارکرد کوتاه مدت در هنگام راه اندازی طراحی شده است، باید خاموش شود و ثانیاً در صورت وجود مقاومت راه اندازی، تلفات توان حرارتی در آن برابر با آرشروع کنید مندوم، کاهش قابل توجهی راندمان موتور الکتریکی.

.

با در نظر گرفتن عبارت EMF ( E=باه nФ، با نوشتن فرمول حاصل نسبت به سرعت چرخش، معادله ویژگی های فرکانس (سرعت) موتور الکتریکی را به دست می آوریم. n(منمن):

.

از آن نتیجه می شود که در صورت عدم وجود بار روی شفت و جریان آرمیچر منمن = 0 سرعت چرخش موتور در یک مقدار ولتاژ منبع داده شده

.

سرعت موتور n 0 سرعت بیکار ایده آل است. علاوه بر پارامترهای موتور الکتریکی، به مقدار ولتاژ ورودی و شار مغناطیسی نیز بستگی دارد. با کاهش شار مغناطیسی، با مساوی بودن سایر موارد، سرعت ایده آل در حالت آزاد افزایش می یابد. بنابراین، در صورت قطع شدن مدار سیم پیچ تحریک، زمانی که جریان تحریک صفر شود ( من= 0)، شار مغناطیسی موتور به مقداری برابر با مقدار شار مغناطیسی باقیمانده کاهش می یابد. اف ost. در این حالت ، موتور "به حالت بیش از حد درایو می رود" و سرعت چرخش بسیار بالاتر از سرعت اسمی ایجاد می کند که خطر خاصی را هم برای موتور و هم برای پرسنل عامل ایجاد می کند.

فرکانس (سرعت) مشخصه یک موتور الکتریکی DC با تحریک موازی n(من i) در یک مقدار شار مغناطیسی ثابت اف=پایانو مقدار ثابت ولتاژ تامین شده U = constشبیه یک خط مستقیم است (شکل 6).

بیان جریان آرمیچر در معادلات مشخصات فرکانس از طریق گشتاور الکترومغناطیسی موتور M =بامتر منمن اف، معادله مشخصه مکانیکی، یعنی وابستگی را به دست می آوریم n(م) در U = constبرای موتورهای با تحریک موازی:

.

با غفلت از تأثیر واکنش آرمیچر در طول تغییر بار، می توان فرض کرد که گشتاور الکترومغناطیسی موتور با جریان آرمیچر متناسب است. بنابراین، مشخصات مکانیکی موتورهای DC همان شکل مشخصات فرکانس مربوطه را دارد. یک موتور الکتریکی با تحریک موازی دارای یک مشخصه مکانیکی صلب است (شکل 7). از این مشخصه مشخص است که فرکانس چرخش آن با افزایش گشتاور بار کمی کاهش می یابد، زیرا جریان تحریک زمانی که سیم پیچ میدان به طور موازی متصل می شود و بر این اساس، شار مغناطیسی موتور عملاً بدون تغییر باقی می ماند و مقاومت مدار آرمیچر نسبتا کوچک است.

مشخصات عملکرد یک موتور DC با تحریک موازی در شکل 1 نشان داده شده است. 8. از این ویژگی ها مشخص است که سرعت چرخش nموتورهای الکتریکی با تحریک موازی با افزایش بار اندکی کاهش می یابد. وابستگی گشتاور مفید به شفت موتور به توان آر 2 یک خط تقریبا مستقیم است، زیرا گشتاور این موتور متناسب با بار روی شفت است: م=kР 2 / n. انحنای این وابستگی با کاهش جزئی سرعت چرخش با افزایش بار توضیح داده می شود.

در آر 2 = 0 جریان مصرف شده توسط موتور الکتریکی برابر با جریان بدون بار است. با افزایش قدرت، جریان آرمیچر تقریباً مطابق با همان وابستگی گشتاور بار روی شفت افزایش می یابد، زیرا تحت شرایط اف=پایانجریان آرمیچر متناسب با گشتاور بار است. بازده موتور الکتریکی به عنوان نسبت توان مفید روی شفت به توان مصرفی از شبکه تعریف می شود:

,

جایی که آر 2 - قدرت شفت مفید؛ آر 1 =UI- توان مصرفی موتور الکتریکی از شبکه تامین؛ آرایا = من 2 من آر i - تلفات برق در مدار آرمیچر، آر ev = UIدر، = من 2 اینچ آر V - تلفات توان الکتریکی در مدار تحریک؛ آرخز - تلفات قدرت مکانیکی؛ آر m - تلفات توان ناشی از هیسترزیس و جریان های گردابی.

با یک ولتاژ تغذیه ثابت و یک شار مغناطیسی ثابت، در فرآیند تغییر مقدار مقاومت مدار آرمیچر، می توان خانواده ای از ویژگی های مکانیکی را به دست آورد، به عنوان مثال، برای یک موتور الکتریکی با تحریک موازی (شکل 9).

مزیت روش کنترل در نظر گرفته شده در سادگی نسبی آن و توانایی به دست آوردن یک تغییر آرام در سرعت چرخش در یک محدوده وسیع (از صفر تا مقدار فرکانس اسمی) است. nنام). از معایب این روش می توان به این واقعیت اشاره کرد که تلفات توان قابل توجهی در مقاومت اضافی وجود دارد که با کاهش سرعت چرخش افزایش می یابد و همچنین نیاز به استفاده از تجهیزات کنترلی اضافی است. علاوه بر این، این روش اجازه تنظیم سرعت چرخش موتور الکتریکی به سمت بالا را از مقدار اسمی آن نمی دهد.

تغییر در سرعت چرخش یک موتور الکتریکی DC نیز می تواند در نتیجه تغییر مقدار شار مغناطیسی تحریک حاصل شود. هنگامی که شار مغناطیسی مطابق با معادله پاسخ فرکانس برای موتورهای DC با تحریک موازی در مقدار ثابت ولتاژ تغذیه و مقدار ثابت مقاومت مدار آرمیچر تغییر می‌کند، می‌توان خانواده‌ای از ویژگی‌های مکانیکی ارائه‌شده در شکل را بدست آورد. 10.

از معایب این روش نیز می توان به محدوده کنترل نسبتا کم به دلیل محدودیت در استحکام مکانیکی و کلیدزنی موتور الکتریکی اشاره کرد. مزیت این روش کنترل سادگی آن است. برای موتورهای با تحریک موازی، این امر با تغییر مقاومت رئوستات تنظیم کننده به دست می آید آر آردر مدار تحریک

برای موتورهای DC با تحریک سری، تغییر در شار مغناطیسی با شنت سیم پیچ میدان با مقاومت دارای مقدار مناسب، یا با اتصال کوتاه تعداد معینی از دور سیم پیچ میدان حاصل می شود.

روش تنظیم سرعت چرخش با تغییر ولتاژ در پایانه های آرمیچر موتور به طور گسترده ای مورد استفاده قرار گرفته است، به ویژه در درایوهای الکتریکی ساخته شده بر روی سیستم ژنراتور-موتور. با شار مغناطیسی ثابت و مقاومت مدار آرمیچر، در نتیجه تغییر ولتاژ آرمیچر، می توان خانواده ای از ویژگی های فرکانس را به دست آورد.

با تغییر در ولتاژ ورودی، سرعت بیکار ایده آل n 0 مطابق با عبارتی که قبلا داده شد، متناسب با ولتاژ تغییر می کند. از آنجایی که مقاومت مدار آرمیچر بدون تغییر باقی می ماند، سفتی خانواده ویژگی های مکانیکی با صلبیت مشخصه مکانیکی طبیعی در U=Uنام

مزیت روش کنترل در نظر گرفته شده، دامنه وسیعی از تغییرات سرعت چرخش بدون افزایش تلفات توان است. معایب این روش شامل این واقعیت است که نیاز به منبع ولتاژ تغذیه تنظیم شده دارد و این منجر به افزایش وزن، ابعاد و هزینه نصب.

کارهای آزمایشگاهی→ شماره 10

مطالعه موتور الکتریکی DC (بر روی یک مدل).

هدف کار:با استفاده از مدلی از این موتور با قطعات اصلی موتور الکتریکی DC آشنا شوید.

شاید این ساده ترین کار برای کلاس هشتم باشد. شما فقط باید مدل موتور را به منبع جریان وصل کنید، ببینید چگونه کار می کند و نام قطعات اصلی موتور الکتریکی (آرمیچر، سلف، برس، نیمه حلقه، سیم پیچ، شفت) را به خاطر بسپارید.

موتور برقی که معلم شما به شما پیشنهاد می کند ممکن است شبیه به آنچه در شکل نشان داده شده باشد، یا ظاهر متفاوتی داشته باشد، زیرا گزینه های زیادی برای موتورهای الکتریکی مدرسه وجود دارد. این از اهمیت اساسی برخوردار نیست، زیرا معلم احتمالاً جزئیات را به شما می گوید و نحوه کار با مدل را به شما نشان می دهد.

اجازه دهید دلایل اصلی کار نکردن موتور الکتریکی که به درستی متصل شده است را فهرست کنیم. مدار باز، عدم تماس برس ها با حلقه های نیمه، آسیب به سیم پیچ آرمیچر. اگر در دو مورد اول کاملاً قادر به انجام آن به تنهایی هستید، اگر سیم پیچ شکسته شود، باید با یک معلم تماس بگیرید. قبل از روشن کردن موتور باید مطمئن شوید که آرمیچر آن می تواند آزادانه بچرخد و هیچ چیز مزاحم آن نباشد، در غیر این صورت هنگام روشن شدن موتور الکتریکی یک زمزمه مشخص منتشر می کند، اما نمی چرخد.

کار آزمایشگاهی شماره 9

موضوع. مطالعه موتور الکتریکی DC.

هدف کار: ساختار و اصل کار یک موتور الکتریکی را مطالعه کنید.

تجهیزات: مدل موتور الکتریکی، منبع جریان، رئوستات، کلید، آمپر متر، سیم های اتصال، نقشه ها، ارائه.

وظایف:

1 . مطالعه ساختار و اصل عملکرد یک موتور الکتریکی با استفاده از ارائه، نقشه ها و مدل.

2 . موتور برق را به منبع برق وصل کنید و عملکرد آن را مشاهده کنید. اگر موتور کار نمی کند، علت را مشخص کنید و سعی کنید مشکل را برطرف کنید.

3 . دو عنصر اصلی در طراحی موتور الکتریکی را مشخص کنید.

4 . عمل یک موتور الکتریکی بر اساس کدام پدیده فیزیکی است؟

5 . جهت چرخش آرمیچر را تغییر دهید. کارهایی که برای رسیدن به این هدف باید انجام دهید را بنویسید.

6. جمع آوری کنید مدار الکتریکی، اتصال سری یک موتور الکتریکی، یک رئوستات، یک منبع جریان، یک آمپرمتر و یک کلید. جریان را تغییر دهید و عملکرد موتور الکتریکی را مشاهده کنید. آیا سرعت چرخش آرمیچر تغییر می کند؟ نتیجه ای در مورد وابستگی نیروی وارد بر سیم پیچ از میدان مغناطیسی به شدت جریان در سیم پیچ بنویسید.

7 . موتورهای الکتریکی می توانند هر قدرتی داشته باشند، زیرا:

الف) می توانید قدرت فعلی را در سیم پیچ آرمیچر تغییر دهید.

ب) می توانید میدان مغناطیسی سلف را تغییر دهید.

لطفا پاسخ صحیح را ذکر کنید:

1) فقط A درست است. 2) فقط B صادق است. 3) هر دو A و B درست هستند. 4) هر دو A و B نادرست هستند.

8 . مزایای موتور الکتریکی را نسبت به موتور حرارتی ذکر کنید.