Untersuchen Sie das Gerät Funktionsprinzip, Eigenschaften des Gleichstrommotors;
praktische Fähigkeiten zum Starten, Betreiben und Stoppen eines Gleichstrom-Elektromotors erwerben;
experimentell erforschen theoretische Informationenüber die Eigenschaften des Gleichstrommotors.
Grundlegende theoretische Bestimmungen
Ein DC-Elektromotor ist eine elektrische Maschine, die dazu bestimmt ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln.
Das Gerät des Gleichstrommotors unterscheidet sich nicht vom Gleichstromgenerator. Dieser Umstand macht elektrische Gleichstrommaschinen reversibel, dh sie können sowohl im Generator- als auch im Motormodus verwendet werden. Strukturell hat ein Gleichstrommotor feste und bewegliche Elemente, die in Abb. 1.
Fester Teil - Stator 1 (Rahmen) ist aus Stahlguss gefertigt, besteht aus Haupt- 2 und Zusatzpolen 3 mit Erregerwicklungen 4 und 5 und eine Bürstentraverse mit Bürsten. Der Stator erfüllt die Funktion eines Magnetkreises. Mit Hilfe der Hauptpole wird ein zeitlich konstantes und räumlich unbewegliches Magnetfeld erzeugt. Zusätzliche Pole werden zwischen die Hauptpole gesetzt und verbessern die Schaltbedingungen.
Der bewegliche Teil des Gleichstrommotors ist der Rotor 6 (Anker), der auf einer rotierenden Welle angeordnet ist. Der Anker spielt auch die Rolle eines Magnetkreises. Es besteht aus dünnen, elektrisch voneinander isolierten, dünnen Blechen aus Elektroband mit hohem Siliziumgehalt, was Leistungsverluste reduziert. Wicklungen 7 werden in die Ankernuten gepresst, deren Leitungen mit Kollektorplatten 8 verbunden sind, die auf derselben Motorwelle angeordnet sind (siehe Fig. 1).
Betrachten Sie das Funktionsprinzip eines Gleichstrommotors. Das Anschließen einer konstanten Spannung an die Klemmen einer elektrischen Maschine bewirkt das gleichzeitige Auftreten in den Erregerwicklungen (Statorwicklungen) und in den Stromankerwicklungen (Abb. 2). Durch die Wechselwirkung des Ankerstroms mit dem von der Feldwicklung erzeugten magnetischen Fluss entsteht im Stator eine Kraft F, bestimmt durch das Gesetz von Ampère . Die Richtung dieser Kraft wird durch die Regel der linken Hand (Abb. 2) bestimmt, wonach sie senkrecht zur Strömung orientiert ist ich(in der Ankerwicklung) und zum magnetischen Induktionsvektor IN(erzeugt durch die Erregerwicklung). Dadurch wirkt ein Kräftepaar auf den Rotor (Bild 2). Die Kraft wirkt auf den oberen Teil des Rotors nach rechts, auf den unteren Teil nach links. Dieses Kräftepaar erzeugt ein Drehmoment, unter dessen Wirkung der Anker in Rotation versetzt wird. Die Größe des entstehenden elektromagnetischen Moments erweist sich als gleich
M = C M ICH ICH F,
Wo Mit m - Koeffizient in Abhängigkeit von der Konstruktion der Ankerwicklung und der Polzahl des Elektromotors; F- magnetischer Fluss eines Hauptpolpaares des Elektromotors; ICH ICH - Ankerstrom des Motors. Wie aus Abb. In Fig. 2 wird die Drehung der Ankerwicklungen von einem gleichzeitigen Polaritätswechsel an den Kollektorblechen begleitet. Die Richtung des Stroms in den Windungen der Ankerwicklung ändert sich in die entgegengesetzte Richtung, aber der magnetische Fluss der Erregerwicklungen behält dieselbe Richtung bei, wodurch die Richtung der Kräfte unverändert bleibt. F, und damit das Drehmoment.
Die Drehung des Ankers in einem Magnetfeld führt zum Auftreten einer EMK in seiner Wicklung, deren Richtung bereits durch die Rechte-Hand-Regel bestimmt ist. Als Ergebnis ist für den in Abb. 2 Konfigurationen von Feldern und Kräften in der Ankerwicklung entsteht ein Induktionsstrom, der dem Hauptstrom entgegengerichtet ist. Daher wird das entstehende EMF als Gegen-EMF bezeichnet. Sein Wert ist
E = Mit e nФ,
Wo N- Rotationsfrequenz des Ankers des Elektromotors; Mit e ist ein von den Konstruktionselementen der Maschine abhängiger Koeffizient. Diese EMF verschlechtert die Leistung des Motors.
Der Strom im Anker erzeugt ein Magnetfeld, das das Magnetfeld der Hauptpole (Stator) beeinflusst, was als Ankerreaktion bezeichnet wird. Im Leerlauf der Maschine wird das Magnetfeld nur von den Hauptpolen erzeugt. Dieses Feld ist symmetrisch um die Achsen dieser Pole und koaxial zu ihnen. Beim Anschluss an einen Lastmotor entsteht durch den Strom in der Ankerwicklung ein Magnetfeld - das Ankerfeld. Die Achse dieses Feldes wird senkrecht zur Achse der Hauptpole sein. Da die Stromverteilung in den Ankerleitern während der Drehung des Ankers unverändert bleibt, bleibt das Ankerfeld im Raum stationär. Die Addition dieses Feldes zum Feld der Hauptpole ergibt das resultierende Feld, das sich über einen Winkel entfaltet entgegen der Drehrichtung des Ankers. Infolgedessen nimmt das Drehmoment ab, da ein Teil der Leiter in die Zone des Pols mit entgegengesetzter Polarität eintritt und ein Bremsmoment erzeugt. In diesem Fall funken die Bürsten und der Kollektor brennt, es entsteht ein longitudinales Entmagnetisierungsfeld.
Um den Einfluss der Ankerreaktion auf den Betrieb der Maschine zu verringern, sind zusätzliche Pole eingebaut. Die Wicklungen solcher Pole sind mit der Hauptwicklung des Ankers in Reihe geschaltet, aber eine Änderung der Wicklungsrichtung in ihnen verursacht das Auftreten Magnetfeld gegen das Magnetfeld des Ankers gerichtet.
Um die Drehrichtung eines Gleichstrommotors zu ändern, muss die Polarität der an die Anker- oder Feldwicklung angelegten Spannung geändert werden.
Je nach Einschaltart der Erregerwicklung werden Gleichstrommotoren mit Parallel-, Reihen- und Mischerregung unterschieden.
Bei Motoren mit Parallelerregung ist die Wicklung für die volle Spannung des Versorgungsnetzes ausgelegt und parallel zum Ankerkreis geschaltet (Bild 3).
Ein Motor mit Reihenerregung hat eine Feldwicklung, die in Reihe zum Anker geschaltet ist, also ist diese Wicklung für den vollen Ankerstrom ausgelegt (Bild 4).
Motoren mit Mischerregung haben zwei Wicklungen, eine ist parallel geschaltet, die andere ist in Reihe mit einem Anker geschaltet (Bild 5).
Reis. 3 Abb. 4
Beim Starten von Gleichstrommotoren (unabhängig von der Art der Erregung) durch direkten Anschluss an das Versorgungsnetz treten erhebliche Anlaufströme auf, die zu deren Ausfall führen können. Dies geschieht durch die Freisetzung einer erheblichen Wärmemenge in der Ankerwicklung und die anschließende Verletzung ihrer Isolierung. Daher wird das Anlaufen von Gleichstrommotoren durch spezielle Startgeräte durchgeführt. In den meisten Fällen wird für diese Zwecke das einfachste Startgerät verwendet - ein Startrheostat. Am Beispiel eines Gleichstrommotors mit Parallelerregung wird der Vorgang des Anlaufens eines Gleichstrommotors mit einem Anlaufwiderstand gezeigt.
Basierend auf der nach dem zweiten Kirchhoffschen Gesetz aufgestellten Gleichung für die linke Seite des Stromkreises (siehe Abb. 3) wird der Anlaufwiderstand komplett entfernt ( R Start = 0), Ankerstrom
,
Wo U- dem Elektromotor zugeführte Spannung; R i ist der Widerstand der Ankerwicklung.
Im Anfangsmoment des Startens des Elektromotors die Ankerdrehzahl N= 0, daher ist die in der Ankerwicklung induzierte gegenelektromotorische Kraft gemäß dem zuvor erhaltenen Ausdruck ebenfalls gleich Null ( E= 0).
Ankerwicklungswiderstand R Ich bin ziemlich klein. Um den unzulässig großen Strom im Ankerkreis beim Start zu begrenzen, wird unabhängig von der Erregerart des Motors ein Anlaufwiderstand in Reihe zum Anker geschaltet (Anlaufwiderstand R Start). In diesem Fall der Ankeranlaufstrom
.
Anlaufwiderstand des Rheostats R der Start wird für den Betrieb nur für die Startzeit berechnet und so gewählt, dass der Anlaufstrom des Motorankers den zulässigen Wert nicht überschreitet ( ICH ich, starte 2 ICH ich, nom). Wenn der Motor beschleunigt, wird die EMK in der Ankerwicklung aufgrund einer Erhöhung ihrer Rotationsfrequenz n induziert erhöht sich ( E=Mit e nФ). Dadurch nimmt der Ankerstrom ceteris paribus ab. In diesem Fall der Widerstand des Anlaufwiderstands R Start Wenn der Motoranker beschleunigt, muss er allmählich reduziert werden. Nach dem Ende der Beschleunigung des Motors auf den Nennwert der Ankerdrehzahl steigt die EMK so stark an, dass der Anlaufwiderstand auf Null reduziert werden kann, ohne dass die Gefahr eines signifikanten Anstiegs des Ankerstroms besteht.
Also der Anlaufwiderstand R ein Anlassen im Ankerkreis ist nur beim Anlauf erforderlich. Im Normalbetrieb des Elektromotors muss dieser zum einen abgeschaltet werden, weil er für den kurzzeitigen Betrieb beim Anlaufen ausgelegt ist, und zum anderen, falls ein Anlaufwiderstand vorhanden ist, gleich thermische Verlustleistung R Start ICH 2 I, was den Wirkungsgrad des Elektromotors erheblich reduziert.
.
Unter Berücksichtigung des Ausdrucks für die EMF ( E=Mit e nФ), indem wir die resultierende Formel für die Rotationsfrequenz schreiben, erhalten wir die Gleichung für die Frequenz- (Drehzahl-) Charakteristik des Elektromotors N(ICH ICH):
.
Daraus folgt, dass bei fehlender Belastung der Welle und des Ankerstroms ICH ICH = 0 Drehzahl des Elektromotors bei gegebenem Wert der Versorgungsspannung
.
Motor Geschwindigkeit N 0 ist die ideale Leerlaufdrehzahl. Neben den Parametern des Elektromotors hängt es auch vom Wert der Eingangsspannung und des magnetischen Flusses ab. Bei Abnahme des magnetischen Flusses steigt unter sonst gleichen Bedingungen die Drehzahl einer idealen Leerlaufdrehzahl an. Daher wird im Falle eines offenen Stromkreises der Erregerwicklung, wenn der Erregerstrom Null wird ( ICH c = 0) wird der Magnetfluss des Motors auf einen Wert reduziert, der gleich dem Wert des Restmagnetflusses ist F ausruhen. In diesem Fall „geht der Motor in den Schnellgang“ und entwickelt eine viel höhere Drehzahl als die Nenngeschwindigkeit, was sowohl für den Motor als auch für das Wartungspersonal eine gewisse Gefahr darstellt.
Frequenz-(Drehzahl-)Kennlinie eines Gleichstrommotors mit Parallelerregung N(ICH i) bei einem konstanten Wert des magnetischen Flusses F=konst und einen konstanten Wert der Eingangsspannung U = konst sieht aus wie eine gerade Linie (Abb. 6).
In den Gleichungen der Frequenzkennlinien wird der Ankerstrom durch das elektromagnetische Drehmoment des Motors ausgedrückt M =Mit M ICH ICH F erhalten wir die Gleichung der mechanischen Eigenschaft, also die Abhängigkeiten N(M) bei U = konst für Motoren mit Parallelerregung:
.
Unter Vernachlässigung des Einflusses der Ankerrückwirkung beim Lastwechsel kann das elektromagnetische Drehmoment des Motors als proportional zum Ankerstrom angenommen werden. Daher haben die mechanischen Eigenschaften von Gleichstrommotoren die gleiche Form wie die entsprechenden Frequenzeigenschaften. Der Nebenschlussmotor hat eine starre mechanische Charakteristik (Bild 7). Aus dieser Kennlinie ist ersichtlich, dass seine Drehzahl mit zunehmendem Lastmoment leicht abnimmt, da der Erregerstrom bei Parallelschaltung der Erregerwicklung und dementsprechend der magnetische Fluss des Motors und der Widerstand des Ankers praktisch unverändert bleiben Schaltung ist relativ klein.
Die Leistungsmerkmale eines parallelerregten Gleichstrommotors sind in Abb. 1 dargestellt. 8. Aus diesen Kennlinien ist ersichtlich, dass die Drehzahl N Motoren mit Parallelerregung nimmt mit zunehmender Belastung etwas ab. Die Abhängigkeit des Nutzmomentes an der Motorwelle von der Leistung R 2 ist eine fast gerade Linie, da das Moment dieses Motors proportional zur Belastung der Welle ist: M=kP 2 / N. Die Krümmung dieser Abhängigkeit erklärt sich durch eine leichte Abnahme der Drehzahl mit zunehmender Belastung.
Bei R 2 = 0 ist der vom Elektromotor aufgenommene Strom gleich dem Leerlaufstrom. Mit steigender Leistung steigt der Ankerstrom etwa in gleicher Abhängigkeit wie das Lastmoment an der Welle, da unter der Bedingung F=konst der Ankerstrom ist proportional zum Lastmoment. Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist definiert als das Verhältnis der Nutzleistung an der Welle zur aufgenommenen Leistung aus dem Netz:
,
Wo R 2 - nutzbare Wellenleistung; R 1 =Benutzeroberfläche- Stromverbrauch des Elektromotors aus dem Versorgungsnetz; R ey = ICH 2 ich R i - elektrische Verlustleistung im Ankerkreis, R ev = Benutzeroberfläche ein, = ICH 2 Zoll R V - elektrische Verlustleistung im Erregerkreis; R Fell - mechanische Verlustleistung; R m - Leistungsverluste aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen.
Bei einer konstanten Versorgungsspannung und einem konstanten magnetischen Fluss kann bei der Änderung des Widerstandswerts des Ankerkreises ein mechanisches Kennfeld beispielsweise für einen Elektromotor mit Parallelerregung erhalten werden (Abb. 9).
Der Vorteil des betrachteten Steuerverfahrens liegt in seiner relativen Einfachheit und der Fähigkeit, eine sanfte Änderung der Drehzahl über einen weiten Bereich (von Null bis zum Nennwert der Frequenz) zu erhalten N Nom). Zu den Nachteilen dieses Verfahrens gehören die erheblichen Leistungsverluste im Zusatzwiderstand, die mit abnehmender Drehzahl zunehmen, sowie die Notwendigkeit, zusätzliche Regeleinrichtungen einzusetzen. Außerdem erlaubt Ihnen diese Methode nicht, die Drehzahl des Motors über seinen Nennwert hinaus anzupassen.
Eine Änderung der Drehzahl eines Gleichstrommotors kann auch als Ergebnis einer Änderung des Werts des Erregermagnetflusses erreicht werden. Wenn der magnetische Fluss gemäß der Frequenzganggleichung für Gleichstrommotoren mit Parallelerregung bei einem konstanten Wert der Versorgungsspannung und einem konstanten Wert des Widerstands des Ankerkreises geändert wird, kann eine Familie mechanischer Eigenschaften erhalten werden, die in Abb . 10.
Zu den Nachteilen dieses Verfahrens gehört auch ein relativ kleiner Regelbereich aufgrund vorhandener Einschränkungen bei der mechanischen Festigkeit und dem Schalten des Elektromotors. Der Vorteil dieser Kontrollmethode ist ihre Einfachheit. Bei Motoren mit Parallelerregung wird dies durch Änderung des Widerstands des Regelwiderstands erreicht R R im Erregerkreis.
Bei Gleichstrommotoren mit Reihenerregung wird eine Änderung des magnetischen Flusses erreicht, indem die Erregerwicklung mit einem Widerstand von geeignetem Wert überbrückt oder eine bestimmte Anzahl von Windungen der Erregerwicklung kurzgeschlossen wird.
Weite Verbreitung, insbesondere bei nach dem Generator-Motor-System aufgebauten Elektroantrieben, hat ein Verfahren zur Drehzahlregelung durch Veränderung der Spannung an den Ankerklemmen des Motors erhalten. Bei konstantem Magnetfluss und Widerstand des Ankerkreises kann infolge einer Änderung der Ankerspannung eine Schar von Frequenzkennlinien erhalten werden.
Bei einer Änderung der Eingangsspannung wird die ideale Leerlaufdrehzahl n 0 entsprechend dem zuvor gegebenen Ausdruck proportional zur Spannung variiert. Da der Widerstand des Ankerkreises unverändert bleibt, weicht die Steifigkeit des mechanischen Kennfeldes nicht von der Steifigkeit der natürlichen mechanischen Eigenschaft ab U=U nom.
Der Vorteil der betrachteten Regelungsmethode liegt in einem weiten Drehzahländerungsbereich ohne erhöhte Leistungsverluste. Die Nachteile dieses Verfahrens schließen die Tatsache ein, dass dies eine Quelle geregelter Versorgungsspannung erfordert, und dies führt zu Erhöhung des Gewichts, der Abmessungen und der Kosten der Installation.
Elektromotoren sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Das Funktionsprinzip basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion.
Die Methoden der Wechselwirkung von Magnetfeldern, die den Motorrotor zum Drehen bringen, unterscheiden sich jedoch erheblich je nach Art der Versorgungsspannung - AC oder DC.
Das Funktionsprinzip eines Gleichstrommotors basiert auf dem Effekt der Abstoßung gleicher Pole von Permanentmagneten und der Anziehung entgegengesetzter Pole. Die Priorität seiner Erfindung gehört dem russischen Ingenieur B. S. Jacobi. Das erste industrielle Modell eines Gleichstrommotors wurde 1838 hergestellt. Seitdem hat sich das Design nicht wesentlich verändert.
Bei Gleichstrommotoren mit geringer Leistung ist einer der Magnete physisch vorhanden. Es wird direkt am Maschinenkörper befestigt. Die zweite wird in der Ankerwicklung erzeugt, nachdem eine Gleichstromquelle daran angeschlossen wurde. Dazu wird ein spezielles Gerät verwendet - eine Kollektorbürstenanordnung. Der Kollektor selbst ist ein leitfähiger Ring, der an der Motorwelle befestigt ist. Daran sind die Enden der Ankerwicklung angeschlossen.
Damit ein Drehmoment entsteht, müssen die Pole des Permanentmagneten des Ankers ständig vertauscht werden. Dies sollte in dem Moment geschehen, in dem der Pol den sogenannten magnetischen Neutralleiter kreuzt. Strukturell wird dieses Problem gelöst, indem der Kollektorring in Sektoren unterteilt wird, die durch dielektrische Platten getrennt sind. Mit ihnen sind wiederum die Enden der Ankerwicklungen verbunden.
Um den Kollektor an das Stromnetz anzuschließen, werden sogenannte Bürsten verwendet - Graphitstäbe mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und niedrigem Gleitreibungskoeffizienten.Die Ankerwicklungen sind nicht mit dem Netz verbunden, sondern über eine Kollektor-Bürsten-Einheit mit dem Anlaufwiderstand verbunden. Der Vorgang des Einschaltens eines solchen Motors besteht darin, eine Verbindung zum Stromnetz herzustellen und den aktiven Widerstand im Ankerkreis allmählich auf Null zu reduzieren. Der Elektromotor schaltet sich reibungslos und ohne Überlastung ein.
Merkmale der Verwendung von Asynchronmotoren in einem einphasigen Stromkreis
Trotz der Tatsache, dass das rotierende Magnetfeld des Stators am einfachsten von einer dreiphasigen Spannung zu erhalten ist, ermöglicht das Funktionsprinzip eines asynchronen Elektromotors, dass er von einem einphasigen Haushaltsnetz aus funktioniert, wenn einige Änderungen daran vorgenommen werden ihre Gestaltung.
Dazu muss der Stator zwei Wicklungen haben, von denen eine das "Starten" ist. Der darin enthaltene Strom wird aufgrund der Einbeziehung einer reaktiven Last in den Stromkreis um 90 ° phasenverschoben. Meistens dafür
Der nahezu vollständige Gleichlauf der Magnetfelder lässt den Motor auch bei erheblichen Belastungen der Welle in Schwung kommen, was für den Betrieb von Bohrmaschinen, Bohrhämmern, Staubsaugern, Schleifern oder Polierern erforderlich ist.
Wenn ein einstellbarer im Versorgungskreis eines solchen Motors enthalten ist, kann seine Drehzahl stufenlos geändert werden. Und hier ist die Richtung, wenn sie von der Schaltung mit Strom versorgt wird Wechselstrom, kann nie geändert werden.
Solche Elektromotoren können sehr hohe Drehzahlen entwickeln, sind kompakt und haben ein großes Drehmoment. Das Vorhandensein einer Kollektor-Bürsten-Baugruppe verringert jedoch ihre Motorleistung - Graphitbürsten verschleißen bei hohen Geschwindigkeiten ziemlich schnell, insbesondere wenn der Kollektor mechanisch beschädigt ist.Elektromotoren haben den höchsten Wirkungsgrad (mehr als 80%) aller von Menschen geschaffenen Geräte. Ihre Erfindung Ende des 19. Jahrhunderts kann als qualitativer Zivilisationssprung angesehen werden, denn ohne sie ist das Leben nicht mehr vorstellbar. moderne Gesellschaft bezogen auf Hochtechnologien, und etwas Effektiveres wurde noch nicht erfunden.
Synchrones Funktionsprinzip des Elektromotors im Video
1. Zweck der Arbeit: Untersuchung der Merkmale des Anlaufens, der mechanischen Eigenschaften und der Methoden zur Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors mit gemischter Erregung.
Adania.
2.1. Zu unabhängige Arbeit:
Untersuchung der Konstruktionsmerkmale, Schaltungen zum Einschalten von Gleichstrommotoren;
Untersuchung der Methode zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften eines Gleichstrommotors;
Machen Sie sich mit den Funktionen zum Starten und Steuern der Drehzahl eines Gleichstrommotors vertraut;
ziehen Schaltpläne um den Widerstand des Ankerkreises und der Erregerwicklungen zu messen (Abb. 6.4) und den Motor zu testen (Abb. 6.2);
Mit Abb. 6.2 und 6.3 erstellen einen Schaltplan;
Zeichnen Sie die Formulare der Tabellen 6.1 ... 6.4;
Bereiten Sie mündliche Antworten auf Kontrollfragen vor.
2.2. im Labor arbeiten:
Machen Sie sich mit dem Laboraufbau vertraut;
Eintrag in Tabelle 6.1. Passdaten des Motors;
Messen Sie den Widerstand des Ankerkreises und der Feldwicklungen. Notieren Sie die Daten in Tabelle 6.1;
Bauen Sie die Schaltung zusammen und führen Sie eine Untersuchung des Motors durch. Tragen Sie die Daten in die Tabellen 6.2, 6.3, 6.4 ein.
Aufbau einer natürlichen mechanischen Kennlinie n=f(M) und Drehzahlkennlinien n=f(I B) und n=f(U);
Ziehen Sie Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen der Studie.
Allgemeine Informationen.
Gleichstrommotoren haben im Gegensatz zu Wechselstrommotoren (hauptsächlich Asynchronmotoren) ein großes Anlaufdrehmomentverhältnis und eine Überlastfähigkeit und sorgen für eine sanfte Steuerung der Arbeitsmaschinengeschwindigkeit. Sie werden daher zum Antrieb von Maschinen und Einrichtungen mit schwierigen Startbedingungen (z. B. als Starter in Verbrennungsmotoren) sowie bei Bedarf zur Steuerung der Drehzahl in einem weiten Bereich (Werkzeugmaschinen-Vorschubeinrichtungen, Lauf- Bremsständer, elektrifizierte Fahrzeuge).
Strukturell besteht der Motor aus einer festen Einheit (Induktor) und einer rotierenden Einheit (Anker). Erregerwicklungen befinden sich auf dem Magnetkreis des Induktors. In einem Motor mit gemischter Erregung gibt es zwei davon: parallel mit den Pins Sh 1 und Sh2 und seriell mit den Pins C1 und C2 (Abb. 6.2). Der Widerstand der Parallelwicklung R ovsh beträgt je nach Motorleistung mehrere zehn bis hundert Ohm. Es besteht aus dünnem Draht eine große Anzahl wendet sich. Die Reihenwicklung hat einen niedrigen Widerstand R obc (normalerweise von einigen Ohm bis zu Bruchteilen eines Ohms), weil besteht aus einer kleinen Anzahl von Drahtwindungen mit großem Querschnitt. Der Induktor dient dazu, einen magnetischen Erregerfluss zu erzeugen, wenn seine Wicklungen mit Gleichstrom versorgt werden.
Die Ankerwicklung wird in die Nuten des Magnetkreises eingelegt und zum Kollektor geführt. Mit Hilfe von Bürsten werden seine Abschlüsse I I und I 2 an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Der Widerstand der Ankerwicklung R I ist klein (Ohm oder Bruchteile eines Ohms).
Das Drehmoment M eines Gleichstrommotors entsteht durch die Wechselwirkung des Ankerstroms Ia mit dem Erregermagnetfluss Ф:
M \u003d K × Ia × F, (6.1)
wobei K ein konstanter Koeffizient ist, der von der Konstruktion des Motors abhängt.
Wenn sich der Anker dreht, kreuzt seine Wicklung den Erregermagnetfluss und es wird eine EMK E induziert, die proportional zur Rotationsfrequenz n ist:
E \u003d C × n × F, (6.2)
wobei C ein konstanter Faktor ist, der von der Konstruktion des Motors abhängt.
Ankerstrom:
I I \u003d (U - E) / (R I + R OBC) \u003d (U - C × n × F) / (R I + R OBC), (6.3)
Durch Auflösen der Ausdrücke 6.1 und 6.3 nach n finden sie einen analytischen Ausdruck für die mechanischen Eigenschaften des Motors n = F (M). Ihr grafisches Bild in Abbildung 6.1 gezeigt.
Reis. 6.1. Mechanische Eigenschaften eines Gleichstrommotors mit gemischter Erregung
Punkt A entspricht dem Leerlauf des Motors mit einer Drehzahl n o . Mit zunehmender mechanischer Belastung nimmt die Drehzahl ab und das Drehmoment nimmt zu und erreicht am Punkt B den Nennwert M H . Im Abschnitt BC läuft der Motor mit Überlast. Der Strom Iya überschreitet den Nennwert, was zu einer schnellen Erwärmung der Ankerwicklungen und des OBC führt und die Funkenbildung am Kollektor zunimmt. Das maximale Moment M max (Punkt C) wird durch die Betriebsbedingungen des Kollektors und die mechanische Festigkeit des Motors begrenzt.
Setzt man die mechanische Kennlinie fort, bis sie sich im Punkt D" mit der Drehmomentachse schneidet, erhält man den Wert des Anlaufdrehmoments bei direkte Verbindung Motor ans Netz. Die EMK E ist gleich Null und der Strom im Ankerkreis gemäß Formel 6.3 steigt stark an.
Zur Reduzierung des Anlaufstroms wird ein Anlaufwiderstand Rx (Bild 6.2) mit Widerstand in Reihe zum Ankerkreis geschaltet:
Rx = U H / (1,3...2,5) ×I Ya.N. - (R I - R obc), (6.4)
wo U h - Nennspannung des Netzwerks;
Ich Ya.N. - Ankernennstrom.
Ankerstromreduzierung auf (1,3...2,5)×I Ya.N. liefert ein ausreichendes Anfangsstartdrehmoment Mn (Punkt D). Wenn der Motor beschleunigt, wird der Widerstand Rx auf Null reduziert, wobei ein ungefähr konstanter Wert von Mp (SD-Abschnitt) beibehalten wird.
Mit dem Rheostat R B im Stromkreis der parallelen Erregerwicklung (Abb. 6.2) können Sie die Größe des Magnetflusses Ф (Formel 6.1) einstellen. Vor dem Starten des Motors wird es vollständig entfernt, um das erforderliche Startdrehmoment bei einem minimalen Ankerstrom zu erhalten.
Mit Formel 6.3 ermitteln wir die Motordrehzahl
n = (U - I I (R I + R obc + Rx)) / (С Ф), (6.5)
wobei R I, R obc und C Konstanten sind und U, I I und F geändert werden können. Daraus folgen drei mögliche Wege Motordrehzahlregelung:
Änderung der Größe der Eingangsspannung;
Durch Ändern des Werts des Ankerstroms mit dem Einstellwiderstand Rx, der im Gegensatz zum Startwiderstand für Dauerbetrieb berechnet wird;
Durch Ändern der Größe des Erregermagnetflusses F, der proportional zum Strom in den OVSH- und OVSS-Wicklungen ist. In einer Parallelwicklung kann es mit einem Regelwiderstand R b eingestellt werden. Der Widerstand R b wird in Abhängigkeit von den geforderten Drehzahlregelgrenzen R B = (2...5) R obsh genommen.
Auf dem Typenschild des Motors ist die Nenndrehzahl angegeben, die der Nennleistung an der Motorwelle bei Netznennspannung und den Ausgangswiderständen der Regelwiderstände R X und R B entspricht.
Labor arbeit № 9
Thema. Die Studie des Gleichstrommotors.
Ziel der Arbeit:
das Gerät und das Funktionsprinzip des Elektromotors zu studieren.Ausrüstung:
Elektromotormodell, Stromquelle, Rheostat, Schlüssel, Amperemeter, Anschlussdrähte, Zeichnungen, Präsentation.
AUFGABEN:
1
. Studieren Sie das Gerät und das Funktionsprinzip des Elektromotors anhand einer Präsentation, Zeichnungen und eines Modells.2
. Schließen Sie den Motor an eine Stromquelle an und beobachten Sie seinen Betrieb. Wenn der Motor nicht funktioniert, suchen Sie die Ursache und versuchen Sie, das Problem zu beheben.3 . Geben Sie die beiden Hauptelemente im Gerät des Elektromotors an.
4 . Auf welchem physikalischen Phänomen beruht die Wirkung eines Elektromotors?
5 . Drehrichtung des Ankers ändern. Schreiben Sie auf, was zu tun ist.
6. Versammeln elektrische Schaltung durch Reihenschaltung eines Elektromotors, eines Rheostats, einer Stromquelle, eines Amperemeters und eines Schlüssels. Ändern Sie den Strom und beobachten Sie den Betrieb des Elektromotors. Ändert sich die Drehzahl des Ankers? Schreiben Sie die Schlussfolgerung über die Abhängigkeit der Kraft, die auf der Seite des Magnetfelds auf die Spule wirkt, von der Stromstärke in der Spule auf.
7 . Elektromotoren können beliebig stark sein, denn:
A) Sie können die Stromstärke in der Ankerwicklung ändern;
B) Sie können das Magnetfeld des Induktors ändern.
Geben Sie die richtige Antwort an:
1) nur A ist wahr; 2) nur B ist wahr; 3) sowohl A als auch B sind wahr; 4) Sowohl A als auch B sind falsch.
8 . Nennen Sie die Vorteile eines Elektromotors gegenüber einer Wärmekraftmaschine.
Laborarbeiten→ Zahl 10
Die Studie des Gleichstrom-Elektromotors (am Modell).
Ziel der Arbeit: Machen Sie sich am Modell dieses Motors mit den Hauptteilen des Gleichstrom-Elektromotors vertraut.
Das ist vielleicht die unkomplizierteste Arbeit für den Kurs der 8. Klasse. Sie müssen nur das Motormodell an eine Stromquelle anschließen, sehen, wie es funktioniert, und sich die Namen der Hauptteile des Elektromotors merken (Anker, Induktor, Bürsten, Halbringe, Wicklung, Welle).
Der Ihnen vom Lehrer angebotene Elektromotor kann dem in der Abbildung gezeigten ähneln oder anders aussehen, da es viele Möglichkeiten für Schulelektromotoren gibt. Dies ist nicht von grundlegender Bedeutung, da der Lehrer wahrscheinlich ausführlich erzählen und zeigen wird, wie er mit dem Modell umgehen muss.
Wir listen die Hauptgründe auf, warum ein richtig angeschlossener Elektromotor nicht funktioniert. Unterbrechung, fehlender Kontakt zwischen Bürsten und Halbringen, Beschädigung der Ankerwicklung. Wenn Sie in den ersten beiden Fällen ganz alleine zurechtkommen, müssen Sie sich im Falle eines Windungsbruchs an den Lehrer wenden. Stellen Sie vor dem Einschalten des Motors sicher, dass sich sein Anker frei drehen kann und nichts ihn stört. Andernfalls gibt der Elektromotor beim Einschalten ein charakteristisches Summen ab, dreht sich jedoch nicht.
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