ตรวจสอบอุปกรณ์ หลักการทำงาน, ลักษณะของมอเตอร์กระแสตรง;
รับทักษะเชิงปฏิบัติในการสตาร์ท ใช้งาน และหยุดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
สำรวจทดลอง ข้อมูลทางทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
บทบัญญัติทางทฤษฎีพื้นฐาน
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นเครื่องไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล
อุปกรณ์ของมอเตอร์กระแสตรงไม่แตกต่างจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง สถานการณ์นี้ทำให้เครื่องไฟฟ้ากระแสตรงสามารถย้อนกลับได้ นั่นคือช่วยให้สามารถใช้งานได้ทั้งในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและโหมดมอเตอร์ โครงสร้างมอเตอร์กระแสตรงมีองค์ประกอบคงที่และเคลื่อนที่ได้ซึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 1.
ชิ้นส่วนคงที่ - สเตเตอร์ 1 (เฟรม) ทำจากเหล็กหล่อ ประกอบด้วยหลัก 2 และเสาเพิ่มเติม 3 พร้อมขดลวดกระตุ้น 4 และ 5 และแปรงเคลื่อนที่ด้วยแปรง สเตเตอร์ทำหน้าที่ของวงจรแม่เหล็ก ด้วยความช่วยเหลือของเสาหลักสนามแม่เหล็กที่คงที่ในเวลาและไม่เคลื่อนที่ในอวกาศถูกสร้างขึ้น มีการวางเสาเพิ่มเติมระหว่างเสาหลักและปรับปรุงสภาพการสลับ
ส่วนที่เคลื่อนที่ได้ของมอเตอร์กระแสตรงคือโรเตอร์ 6 (กระดอง) ซึ่งวางอยู่บนเพลาหมุน กระดองยังทำหน้าที่เป็นวงจรแม่เหล็ก ทำจากเหล็กแผ่นบางที่แยกทางไฟฟ้าออกจากกัน มีส่วนประกอบของซิลิกอนสูง ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ขดลวด 7 ถูกกดลงในร่องกระดองซึ่งเชื่อมต่อกับแผ่นสะสม 8 ซึ่งวางอยู่บนเพลามอเตอร์เดียวกัน (ดูรูปที่ 1)
พิจารณาหลักการทำงานของมอเตอร์กระแสตรง การเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าคงที่เข้ากับขั้วของเครื่องไฟฟ้าทำให้เกิดการเกิดขึ้นพร้อมกันในขดลวดกระตุ้น (สเตเตอร์) และในขดลวดกระดองปัจจุบัน (รูปที่ 2) อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของกระดองปัจจุบันกับฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยสนามที่คดเคี้ยว แรงเกิดขึ้นในสเตเตอร์ ฉกำหนดโดยกฎของแอมแปร์ . ทิศทางของแรงนี้ถูกกำหนดโดยกฎของมือซ้าย (รูปที่ 2) ตามที่กำหนดในแนวตั้งฉากกับทั้งกระแส ฉัน(ในขดลวดกระดอง) และเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ใน(สร้างโดยการกระตุ้นที่คดเคี้ยว) เป็นผลให้คู่ของแรงกระทำต่อโรเตอร์ (รูปที่ 2) แรงกระทำที่ส่วนบนของโรเตอร์ทางขวา ส่วนล่าง - ไปทางซ้าย แรงคู่นี้สร้างแรงบิดภายใต้แรงกระทำที่กระดองหมุน ขนาดของโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นใหม่จะเท่ากับ
ม = คม ฉันฉัน ฉ,
ที่ไหน กับ m - ค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับการออกแบบของขดลวดกระดองและจำนวนเสาของมอเตอร์ไฟฟ้า ฉ- ฟลักซ์แม่เหล็กของขั้วไฟฟ้าหลักหนึ่งคู่ของมอเตอร์ไฟฟ้า ฉันฉัน - กระแสกระดองมอเตอร์ ดังรูปต่อไปนี้ 2 การหมุนของขดลวดกระดองจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงขั้วพร้อมกันบนแผ่นสะสม ทิศทางของกระแสในการเลี้ยวของขดลวดกระดองเปลี่ยนไปตรงกันข้าม แต่ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดกระตุ้นจะรักษาทิศทางเดิมไว้ ซึ่งทำให้ทิศทางของแรงยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ฉและด้วยเหตุนี้แรงบิด
การหมุนของกระดองในสนามแม่เหล็กนำไปสู่ลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าในการคดเคี้ยวซึ่งทิศทางนั้นถูกกำหนดโดยกฎมือขวา เป็นผลให้สำหรับที่แสดงในรูป 2 การกำหนดค่าของสนามและแรงในกระดองที่คดเคี้ยว กระแสเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นตรงข้ามกับกระแสหลัก ดังนั้น EMF ที่เกิดใหม่จึงเรียกว่า counter-EMF ค่าของมันคือ
อี = กับอี nФ,
ที่ไหน น- ความถี่ของการหมุนของกระดองของมอเตอร์ไฟฟ้า กับ e เป็นค่าสัมประสิทธิ์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องจักร EMF นี้ทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ลดลง
กระแสในกระดองสร้างสนามแม่เหล็กที่ส่งผลต่อสนามแม่เหล็กของขั้วหลัก (สเตเตอร์) ซึ่งเรียกว่าปฏิกิริยากระดอง ในโหมดเดินเบาของเครื่อง สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นโดยเสาหลักเท่านั้น ฟิลด์นี้มีความสมมาตรเกี่ยวกับแกนของเสาเหล่านี้และโคแอกเซียลกับพวกมัน เมื่อเชื่อมต่อกับโหลดมอเตอร์ เนื่องจากกระแสในขดลวดกระดอง สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้น - สนามกระดอง แกนของสนามนี้จะตั้งฉากกับแกนของเสาหลัก เนื่องจากการกระจายปัจจุบันในตัวนำกระดองยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการหมุนของกระดอง สนามกระดองจึงยังคงอยู่นิ่งในอวกาศ การเพิ่มฟิลด์นี้ไปยังฟิลด์ของเสาหลักทำให้ฟิลด์ผลลัพธ์ซึ่งแผ่ออกไปเป็นมุม กับทิศทางการหมุนของกระดอง เป็นผลให้แรงบิดลดลงเนื่องจากส่วนหนึ่งของตัวนำเข้าสู่โซนของขั้วตรงข้ามและสร้างแรงบิดในการเบรก ในกรณีนี้ แปรงจะเกิดประกายไฟและตัวสะสมจะไหม้ เกิดสนามล้างอำนาจแม่เหล็กตามยาวขึ้น
เพื่อลดอิทธิพลของปฏิกิริยากระดองต่อการทำงานของเครื่องจึงมีการสร้างเสาเพิ่มเติม ขดลวดของเสาดังกล่าวเชื่อมต่อเป็นชุดกับขดลวดหลักของกระดอง แต่การเปลี่ยนทิศทางของขดลวดทำให้เกิดลักษณะที่ปรากฏ สนามแม่เหล็กมุ่งตรงไปที่สนามแม่เหล็กของกระดอง
ในการเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์กระแสตรงจำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับกระดองหรือสนามที่คดเคี้ยว
ขึ้นอยู่กับวิธีการเปิดขดลวดกระตุ้น มอเตอร์กระแสตรงมีความแตกต่างด้วยการกระตุ้นแบบขนาน แบบอนุกรม และแบบผสม
สำหรับมอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบขนาน ขดลวดได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟฟ้าเต็มของเครือข่ายแหล่งจ่ายและเชื่อมต่อแบบขนานกับวงจรกระดอง (รูปที่ 3)
มอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบอนุกรมจะมีขดลวดสนามที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับกระดอง ดังนั้นขดลวดนี้จึงออกแบบมาสำหรับกระแสกระดองเต็ม (รูปที่ 4)
มอเตอร์ที่มีแรงกระตุ้นแบบผสมมีขดลวดสองเส้น ขดลวดเส้นหนึ่งเชื่อมต่อแบบขนาน ส่วนอีกเส้นเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับกระดอง (รูปที่ 5)
ข้าว. 3 รูป 4
เมื่อสตาร์ทมอเตอร์กระแสตรง (โดยไม่คำนึงถึงวิธีการกระตุ้น) โดยการเชื่อมต่อโดยตรงกับเครือข่ายอุปทาน กระแสเริ่มต้นที่สำคัญจะเกิดขึ้นซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวได้ สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการปล่อยความร้อนจำนวนมากในขดลวดกระดองและการละเมิดฉนวนที่ตามมา ดังนั้นการสตาร์ทมอเตอร์กระแสตรงจึงดำเนินการโดยอุปกรณ์สตาร์ทพิเศษ ในกรณีส่วนใหญ่ อุปกรณ์เริ่มต้นที่ง่ายที่สุดจะใช้เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ - รีโอสแตทสตาร์ท กระบวนการสตาร์ทมอเตอร์กระแสตรงที่มีรีโอสแตทสตาร์ทแสดงโดยใช้ตัวอย่างของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบขนาน
จากสมการที่รวบรวมตามกฎหมาย Kirchhoff ที่สองสำหรับด้านซ้ายของวงจรไฟฟ้า (ดูรูปที่ 3) รีโอสแตทเริ่มต้นจะถูกลบออกอย่างสมบูรณ์ ( ร start = 0), กระแสกระดอง
,
ที่ไหน ยู- แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ไฟฟ้า รผมคือความต้านทานของกระดองที่คดเคี้ยว
ในช่วงแรกของการสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้า ความเร็วกระดอง น= 0 ดังนั้น แรงต้านของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในขดลวดกระดองตามนิพจน์ที่ได้รับก่อนหน้านี้ก็จะเท่ากับศูนย์ด้วย ( อี= 0).
ความต้านทานขดลวดกระดอง รฉันค่อนข้างเล็ก เพื่อจำกัดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ยอมรับไม่ได้ในวงจรกระดองระหว่างการสตาร์ท รีโอสแตทสตาร์ทจะเปิดเป็นชุดพร้อมกับกระดอง โดยไม่คำนึงถึงวิธีการกระตุ้นเครื่องยนต์ (ความต้านทานการสตาร์ท รเริ่ม). ในกรณีนี้กระดองเริ่มต้นในปัจจุบัน
.
เริ่มต้านทานรีโอสแตต รการเริ่มต้นคำนวณสำหรับการทำงานเฉพาะเวลาเริ่มต้นและถูกเลือกในลักษณะที่กระแสเริ่มต้นของกระดองมอเตอร์ไม่เกินค่าที่อนุญาต ( ฉันฉัน เริ่ม 2 ฉันฉันชื่อ) เมื่อมอเตอร์เร่งความเร็ว EMF จะถูกเหนี่ยวนำในขดลวดกระดองเนื่องจากความถี่การหมุนที่เพิ่มขึ้น n เพิ่มขึ้น ( อี=กับอี nФ). ด้วยเหตุนี้กระแสกระดอง ceteris paribus จึงลดลง ในกรณีนี้ ความต้านทานของรีโอสแตทเริ่มต้น ร เริ่มเมื่อกระดองของมอเตอร์เร่งขึ้น จะต้องค่อยๆ ลดลง หลังจากสิ้นสุดการเร่งความเร็วของมอเตอร์เป็นค่าเล็กน้อยของความเร็วกระดอง EMF จะเพิ่มขึ้นอย่างมากจนสามารถลดความต้านทานเริ่มต้นเป็นศูนย์ได้โดยไม่มีอันตรายจากการเพิ่มขึ้นของกระแสกระดอง
ดังนั้นความต้านทานเริ่มต้น รการเริ่มต้นในวงจรเกราะนั้นจำเป็นเมื่อเริ่มต้นเท่านั้น ในระหว่างการทำงานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้า ต้องปิดก่อน เนื่องจากได้รับการออกแบบมาสำหรับการทำงานระยะสั้นระหว่างการเริ่มต้น และประการที่สอง หากมีความต้านทานเริ่มต้น การสูญเสียพลังงานความร้อนจะเท่ากับ รเริ่ม ฉัน 2 I ลดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าลงอย่างมาก
.
โดยคำนึงถึงนิพจน์สำหรับ EMF ( อี=กับอี nФ) เมื่อเขียนสูตรผลลัพธ์สำหรับความถี่ในการหมุนเราจะได้สมการสำหรับลักษณะความถี่ (ความเร็ว) ของมอเตอร์ไฟฟ้า น(ฉันฉัน):
.
มันตามมาในกรณีที่ไม่มีภาระบนเพลาและกระดองปัจจุบัน ฉันฉัน = 0 ความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ค่าที่กำหนดของแรงดันไฟฟ้า
.
ความเร็วมอเตอร์ น 0 เป็นความเร็วรอบเดินเบาในอุดมคติ นอกจากพารามิเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าแล้ว ยังขึ้นอยู่กับค่าของแรงดันอินพุตและฟลักซ์แม่เหล็กด้วย เมื่อฟลักซ์แม่เหล็กลดลง สิ่งอื่นๆ ก็เท่ากัน ความเร็วในการหมุนของความเร็วรอบเดินเบาในอุดมคติจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นในกรณีที่วงจรเปิดของขดลวดกระตุ้นเมื่อกระแสกระตุ้นกลายเป็นศูนย์ ( ฉัน c = 0) ฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์จะลดลงเป็นค่าเท่ากับค่าของฟลักซ์แม่เหล็กที่เหลือ ฉพักผ่อน. ในกรณีนี้ เครื่องยนต์จะ "เข้าสู่โอเวอร์ไดร์ฟ" พัฒนาความเร็วให้สูงกว่าความเร็วที่กำหนดมาก ซึ่งก่อให้เกิดอันตรายทั้งต่อเครื่องยนต์และเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุง
ลักษณะความถี่ (ความเร็ว) ของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบขนาน น(ฉัน i) ที่ค่าคงที่ของฟลักซ์แม่เหล็ก ฉ=คอสต์และค่าคงที่ของแรงดันขาเข้า U = คงที่มีลักษณะเป็นเส้นตรง (รูปที่ 6)
แสดงในสมการของลักษณะความถี่ของกระดองปัจจุบันผ่านแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ ม =กับม ฉันฉัน ฉเราได้สมการของลักษณะเชิงกล เช่น การพึ่งพาอาศัยกัน น(ม) ที่ U = คงที่สำหรับมอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบขนาน:
.
ละเลยอิทธิพลของปฏิกิริยากระดองในกระบวนการเปลี่ยนโหลด เป็นไปได้ที่จะยอมรับแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ตามสัดส่วนกับกระแสกระดอง ดังนั้นลักษณะทางกลของมอเตอร์กระแสตรงจึงมีรูปแบบเดียวกับลักษณะความถี่ที่สอดคล้องกัน มอเตอร์ปัดมีลักษณะทางกลที่เข้มงวด (รูปที่ 7) จากลักษณะนี้จะเห็นได้ว่าความเร็วในการหมุนลดลงเล็กน้อยเมื่อเพิ่มแรงบิดของโหลดเนื่องจากกระแสกระตุ้นเมื่อขดลวดกระตุ้นเชื่อมต่อแบบขนานดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงและความต้านทานของกระดอง วงจรมีขนาดค่อนข้างเล็ก
ลักษณะการทำงานของมอเตอร์กระแสตรงแบบกระตุ้นขนานจะแสดงในรูปที่ 8. จากลักษณะดังกล่าว จะเห็นได้ว่า ความเร็วในการหมุน นมอเตอร์ที่มีแรงกระตุ้นแบบขนานพร้อมภาระที่เพิ่มขึ้นจะลดลงบ้าง การพึ่งพาช่วงเวลาที่มีประโยชน์บนเพลามอเตอร์กับกำลัง ร 2 เกือบจะเป็นเส้นตรง เนื่องจากโมเมนต์ของมอเตอร์นี้เป็นสัดส่วนกับโหลดบนเพลา: ม=เคพี 2 / น. ความโค้งของการพึ่งพานี้อธิบายได้จากความเร็วในการหมุนที่ลดลงเล็กน้อยเมื่อโหลดเพิ่มขึ้น
ที่ ร 2 = 0 กระแสที่ใช้โดยมอเตอร์ไฟฟ้าจะเท่ากับกระแสที่ไม่มีโหลด ด้วยกำลังที่เพิ่มขึ้นกระแสกระดองจะเพิ่มขึ้นโดยประมาณตามการพึ่งพาเดียวกันกับแรงบิดโหลดบนเพลาเนื่องจากอยู่ภายใต้เงื่อนไข ฉ=คอสต์กระแสกระดองเป็นสัดส่วนกับแรงบิดของโหลด ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์บนเพลาต่อพลังงานที่ใช้จากเครือข่าย:
,
ที่ไหน ร 2 - กำลังเพลาที่มีประโยชน์ ร 1 =UI- พลังงานที่ใช้โดยมอเตอร์ไฟฟ้าจากเครือข่ายอุปทาน รอาย = ฉัน 2 ฉัน รผม - การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในวงจรกระดอง รเอฟ = UIใน, = ฉัน 2 นิ้ว รวี - การสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในวงจรกระตุ้น รขน - การสูญเสียกำลังทางกล ร m - การสูญเสียพลังงานเนื่องจากฮิสเทรีซิสและกระแสน้ำวน
ด้วยแรงดันไฟฟ้าคงที่และฟลักซ์แม่เหล็กคงที่ในกระบวนการเปลี่ยนค่าความต้านทานของวงจรกระดองสามารถรับลักษณะทางกลได้เช่นสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีการกระตุ้นแบบขนาน (รูปที่ 9)
ข้อได้เปรียบของวิธีการควบคุมที่พิจารณานั้นอยู่ในความเรียบง่ายสัมพัทธ์และความสามารถในการรับการเปลี่ยนแปลงที่ราบรื่นของความเร็วในการหมุนในช่วงกว้าง (จากศูนย์ถึงค่าเล็กน้อยของความถี่ นชื่อ). ข้อเสียของวิธีนี้รวมถึงความจริงที่ว่ามีการสูญเสียพลังงานอย่างมากในการต้านทานเพิ่มเติม ซึ่งเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่ลดลง ตลอดจนความต้องการใช้อุปกรณ์ควบคุมเพิ่มเติม นอกจากนี้วิธีนี้ยังไม่อนุญาตให้คุณปรับความเร็วของมอเตอร์ให้สูงขึ้นจากค่าเล็กน้อย
การเปลี่ยนแปลงความเร็วในการหมุนของมอเตอร์กระแสตรงสามารถทำได้โดยเป็นผลมาจากการเปลี่ยนค่าของฟลักซ์แม่เหล็กกระตุ้น เมื่อเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กตามสมการการตอบสนองความถี่สำหรับมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบขนานที่ค่าคงที่ของแรงดันแหล่งจ่ายและค่าคงที่ของความต้านทานของวงจรกระดองสามารถรับลักษณะทางกลของครอบครัวได้ดังแสดงในรูปที่ . 10.
ข้อเสียของวิธีนี้ควรรวมถึงการควบคุมที่ค่อนข้างเล็กเนื่องจากมีข้อ จำกัด เกี่ยวกับความแข็งแรงเชิงกลและการสลับของมอเตอร์ไฟฟ้า ข้อดีของวิธีการควบคุมนี้คือความเรียบง่าย สำหรับเครื่องยนต์ที่มีการกระตุ้นแบบขนาน สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนความต้านทานของรีโอสแตทควบคุม ร รในวงจรกระตุ้น
สำหรับมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบอนุกรม การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กทำได้โดยการแบ่งขดลวดกระตุ้นด้วยค่าความต้านทานที่เหมาะสม หรือโดยการลัดวงจรของขดลวดกระตุ้นตามจำนวนรอบที่กำหนด
การใช้งานอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในไดรฟ์ไฟฟ้าที่สร้างขึ้นตามระบบเครื่องกำเนิดมอเตอร์ได้รับวิธีการควบคุมความเร็วโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่แคลมป์กระดองมอเตอร์ ด้วยฟลักซ์แม่เหล็กคงที่และความต้านทานของวงจรกระดองอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันกระดองทำให้สามารถรับลักษณะความถี่ได้
ด้วยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าอินพุต ความเร็วรอบเดินเบาในอุดมคติ n 0 ตามนิพจน์ที่ให้ไว้ก่อนหน้านี้ แปรผันตามสัดส่วนของแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความต้านทานของวงจรกระดองยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความแข็งของลักษณะเชิงกลในตระกูลไม่แตกต่างจากความแข็งของลักษณะเชิงกลตามธรรมชาติที่ ยู=ยูชื่อ
ข้อได้เปรียบของวิธีการควบคุมที่พิจารณาคือการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่หลากหลายโดยไม่สูญเสียพลังงานเพิ่มขึ้น ข้อเสียของวิธีนี้รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าต้องใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่มีการควบคุมและสิ่งนี้นำไปสู่ น้ำหนัก ขนาด และค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเพิ่มขึ้น
มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล หลักการทำงานขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
อย่างไรก็ตามวิธีการโต้ตอบของสนามแม่เหล็กที่ทำให้โรเตอร์ของมอเตอร์หมุนนั้นแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับประเภทของแรงดันไฟฟ้า - AC หรือ DC
หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงนั้นขึ้นอยู่กับผลของการผลักของขั้วแม่เหล็กถาวรเดียวกันและแรงดึงดูดของขั้วตรงข้าม ลำดับความสำคัญของการประดิษฐ์เป็นของวิศวกรชาวรัสเซีย B. S. Jacobi มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงรุ่นอุตสาหกรรมรุ่นแรกถูกสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2381 ตั้งแต่นั้นมา การออกแบบก็ไม่ได้รับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ
ในมอเตอร์กระแสตรงกำลังต่ำ แม่เหล็กตัวใดตัวหนึ่งมีอยู่จริง ติดเข้ากับตัวเครื่องโดยตรง อันที่สองถูกสร้างขึ้นในกระดองที่คดเคี้ยวหลังจากเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟ DC แล้ว สำหรับสิ่งนี้จะใช้อุปกรณ์พิเศษ - ชุดแปรงสะสม ตัวสะสมนั้นเป็นวงแหวนนำไฟฟ้าที่ติดอยู่กับเพลามอเตอร์ ปลายของขดลวดกระดองเชื่อมต่อกับมัน
เพื่อให้เกิดแรงบิดขึ้น จำเป็นต้องเปลี่ยนขั้วของแม่เหล็กถาวรของกระดองอย่างต่อเนื่อง สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในขณะที่ขั้วตัดผ่านสิ่งที่เรียกว่าเป็นกลางแม่เหล็ก โครงสร้าง ปัญหานี้แก้ไขได้โดยการแบ่งวงแหวนสะสมออกเป็นส่วนๆ โดยคั่นด้วยแผ่นอิเล็กทริก ปลายของขดลวดกระดองเชื่อมต่อกับพวกมันในทางกลับกัน
ในการเชื่อมต่อตัวสะสมเข้ากับไฟหลักจะใช้แปรงที่เรียกว่า - แท่งกราไฟท์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อนต่ำขดลวดกระดองไม่ได้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลัก แต่เชื่อมต่อกับรีโอสแตทเริ่มต้นโดยใช้ชุดแปรงสะสม กระบวนการเปิดเครื่องยนต์ดังกล่าวประกอบด้วยการเชื่อมต่อกับไฟหลักและค่อยๆลดความต้านทานที่ใช้งานอยู่ในวงจรกระดองให้เหลือศูนย์ มอเตอร์ไฟฟ้าเปิดอย่างราบรื่นและไม่มีการโอเวอร์โหลด
คุณสมบัติของการใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสในวงจรเฟสเดียว
แม้จะมีความจริงที่ว่าสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์นั้นง่ายที่สุดที่จะได้รับจากแรงดันไฟฟ้าสามเฟส แต่หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสช่วยให้สามารถทำงานจากเครือข่ายครัวเรือนเฟสเดียวได้หากมีการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง การออกแบบของพวกเขา
ในการทำเช่นนี้สเตเตอร์จะต้องมีขดลวดสองเส้นซึ่งหนึ่งในนั้นคือ "เริ่มต้น" กระแสในนั้นเลื่อนเฟสไป 90 °เนื่องจากการรวมโหลดปฏิกิริยาในวงจร บ่อยที่สุดสำหรับสิ่งนี้
การซิงโครไนซ์ของสนามแม่เหล็กที่เกือบสมบูรณ์ช่วยให้เครื่องยนต์ได้รับแรงกระตุ้นแม้ในขณะที่เพลามีภาระมาก ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของสว่าน สว่านโรตารี่ เครื่องดูดฝุ่น เครื่องบด หรือเครื่องขัด
หากรวมอยู่ในวงจรจ่ายไฟของเครื่องยนต์ดังกล่าวแล้วความเร็วในการหมุนจะสามารถเปลี่ยนได้อย่างราบรื่น และนี่คือทิศทางเมื่อขับเคลื่อนโดยวงจร กระแสสลับไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้
มอเตอร์ไฟฟ้าดังกล่าวสามารถพัฒนาความเร็วได้สูงมาก มีขนาดกะทัดรัดและมีแรงบิดสูง อย่างไรก็ตามการมีชุดแปรงสะสมช่วยลดทรัพยากรมอเตอร์ - แปรงกราไฟท์จะสึกหรอค่อนข้างเร็วที่ความเร็วสูงโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากตัวสะสมมีความเสียหายทางกลมอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูงสุด (มากกว่า 80%) ของอุปกรณ์ทั้งหมดที่มนุษย์สร้างขึ้น สิ่งประดิษฐ์ของพวกเขาในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 ถือได้ว่าเป็นการก้าวกระโดดเชิงคุณภาพในอารยธรรมเพราะหากไม่มีสิ่งเหล่านี้ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงชีวิต สังคมสมัยใหม่ขึ้นอยู่กับ เทคโนโลยีชั้นสูงและยังไม่มีการคิดค้นสิ่งที่มีประสิทธิภาพมากกว่านี้
หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสในวิดีโอ
1. วัตถุประสงค์ของงาน:เพื่อศึกษาคุณสมบัติการสตาร์ท ลักษณะทางกล และวิธีการควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงด้วยการกระตุ้นแบบผสม
อาดาเนีย
2.1. ถึง งานอิสระ:
เพื่อศึกษาลักษณะการออกแบบวงจรสวิตชิ่งของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
เพื่อศึกษาวิธีการรับคุณสมบัติทางกลของมอเตอร์กระแสตรง
ทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติของการสตาร์ทและควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรง
วาด แผนภาพวงจรเพื่อวัดความต้านทานของวงจรกระดองและขดลวดกระตุ้น (รูปที่ 6.4) และทดสอบมอเตอร์ (รูปที่ 6.2)
โดยใช้มะเดื่อ 6.2 และ 6.3 วาดแผนภาพการเดินสายไฟ
วาดรูปแบบของตาราง 6.1 ... 6.4;
เตรียมคำตอบปากเปล่าเพื่อควบคุมคำถาม
2.2. ทำงานในห้องปฏิบัติการ:
ทำความคุ้นเคยกับการตั้งค่าห้องปฏิบัติการ
บันทึกในตาราง 6.1 ข้อมูลหนังสือเดินทางของเครื่องยนต์
วัดความต้านทานของวงจรกระดองและขดลวดสนาม บันทึกข้อมูลในตาราง 6.1;
ประกอบวงจรและทำการศึกษาเครื่องยนต์เขียนข้อมูลในตาราง 6.2, 6.3, 6.4
สร้างคุณสมบัติเชิงกลตามธรรมชาติ n=f(M) และลักษณะความเร็ว n=f(I B) และ n=f(U);
สรุปผลจากผลการศึกษา
ข้อมูลทั่วไป.
มอเตอร์ DC ตรงกันข้ามกับมอเตอร์ AC (ส่วนใหญ่เป็นแบบอะซิงโครนัส) มีอัตราส่วนแรงบิดเริ่มต้นสูงและความจุเกิน และให้การควบคุมความเร็วของเครื่องจักรที่ทำงานได้อย่างราบรื่น ดังนั้นจึงใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องจักรและกลไกที่มีสภาพการสตาร์ทที่ยาก (เช่น สตาร์ทเตอร์ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน) รวมถึงหากจำเป็น เพื่อควบคุมความเร็วในการหมุนในช่วงกว้าง (กลไกการป้อนเครื่องมือเครื่องจักร การทำงาน- แท่นเบรก รถยนต์ไฟฟ้า)
โครงสร้างเครื่องยนต์ประกอบด้วยหน่วยคงที่ (ตัวเหนี่ยวนำ) และหน่วยหมุน (กระดอง) ขดลวดกระตุ้นอยู่บนวงจรแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำ มีมอเตอร์กระตุ้นแบบผสมสองตัว: ขนานกับพิน Sh 1 และ Sh2 และอนุกรมด้วยพิน C1 และ C2 (รูปที่ 6.2) ความต้านทานของขดลวดขนาน R ovsh ขึ้นอยู่กับกำลังเครื่องยนต์ตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยโอห์ม ทำด้วยลวดเส้นเล็ก จำนวนมากเปลี่ยน ขดลวดแบบอนุกรมมีความต้านทานต่ำ R obc (โดยปกติจะมีตั้งแต่ไม่กี่โอห์มไปจนถึงเศษส่วนของโอห์ม) เนื่องจาก ประกอบด้วยลวดจำนวนน้อยที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่ ตัวเหนี่ยวนำทำหน้าที่สร้างฟลักซ์กระตุ้นแม่เหล็กเมื่อขดลวดถูกขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ากระแสตรง
ขดลวดกระดองถูกวางไว้ในร่องของวงจรแม่เหล็กและนำไปที่ตัวสะสม ด้วยความช่วยเหลือของแปรงข้อสรุป I I และ I 2 เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรง ความต้านทานของกระดองที่คดเคี้ยว RI นั้นน้อย (โอห์มหรือเศษส่วนของโอห์ม)
แรงบิด M ของมอเตอร์กระแสตรงถูกสร้างขึ้นโดยการทำงานร่วมกันของกระแสกระดอง Ia กับฟลักซ์แม่เหล็กกระตุ้น Ф:
M \u003d K × Ia × F, (6.1)
โดยที่ K คือค่าสัมประสิทธิ์คงที่ขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครื่องยนต์
เมื่อกระดองหมุน ขดลวดจะตัดผ่านฟลักซ์แม่เหล็กกระตุ้นและเหนี่ยวนำให้เกิด EMF E ตามสัดส่วนของความถี่ในการหมุน n:
E \u003d C × n × F, (6.2)
โดยที่ C เป็นปัจจัยคงที่ขึ้นอยู่กับการออกแบบของเครื่องยนต์
เกราะปัจจุบัน:
ฉัน ฉัน \u003d (U - E) / (RI + R OBC) \u003d (U - C × n × F) / (RI + R OBC), (6.3)
เมื่อแก้นิพจน์ 6.1 และ 6.3 ด้วยความเคารพ n ร่วมกัน พวกเขาจะพบนิพจน์เชิงวิเคราะห์สำหรับลักษณะทางกลของเครื่องยนต์ n = F (M) ของเธอ ภาพกราฟิกแสดงในรูปที่ 6.1
ข้าว. 6.1. ลักษณะทางกลของมอเตอร์กระแสตรงแบบกระตุ้นผสม
จุด A สอดคล้องกับรอบเดินเบาของเครื่องยนต์ด้วยความเร็วรอบ n o เมื่อภาระทางกลเพิ่มขึ้น ความเร็วในการหมุนจะลดลง และแรงบิดจะเพิ่มขึ้นถึงค่าที่กำหนด MH ที่จุด B ในส่วน BC เครื่องยนต์ทำงานเกินพิกัด Iya ปัจจุบันเกินค่าเล็กน้อยซึ่งนำไปสู่ความร้อนอย่างรวดเร็วของขดลวดกระดองและ OBC และประกายไฟบนตัวสะสมเพิ่มขึ้น โมเมนต์สูงสุด M สูงสุด (จุด C) ถูกจำกัดโดยสภาพการทำงานของคอลเลคเตอร์และความแข็งแรงเชิงกลของเครื่องยนต์
ต่อลักษณะทางกลจนตัดกันที่จุด D "กับแกนทอร์ก เราจะได้ค่าของทอร์กเริ่มต้นที่ การเชื่อมต่อโดยตรงมอเตอร์เข้ากับเครือข่าย EMF E เท่ากับศูนย์และกระแสในวงจรกระดองตามสูตร 6.3 เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
เพื่อลดกระแสเริ่มต้น รีโอสแตทเริ่มต้น Rx (รูปที่ 6.2) ที่มีความต้านทานเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับวงจรกระดอง:
Rx = U H / (1.3...2.5) ×I Ya.N. - (RI - R obc), (6.4)
โดยที่ U h - แรงดันไฟฟ้าของเครือข่าย
ฉัน - จัดอันดับกระดองปัจจุบัน
การลดกระแสกระดองเป็น (1.3...2.5)×I Ya.N. ให้แรงบิดเริ่มต้นที่เพียงพอ Mn (จุด D) ขณะที่เครื่องยนต์เร่งความเร็ว ความต้านทาน Rx จะลดลงเป็นศูนย์ โดยรักษาค่าคงที่โดยประมาณของ Mp (ส่วน SD)
รีโอสแตท R B ในวงจรของขดลวดกระตุ้นแบบขนาน (รูปที่ 6.2) ช่วยให้คุณปรับขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กФ (สูตร 6.1) ก่อนสตาร์ทเครื่องยนต์ จะถูกถอดออกทั้งหมดเพื่อให้ได้แรงบิดเริ่มต้นที่ต้องการที่กระแสกระดองขั้นต่ำ
ใช้สูตร 6.3 กำหนดความเร็วของเครื่องยนต์
n = (U - I I (RI + R obc + Rx)) / (С Ф), (6.5)
โดยที่ R I, R obc และ C เป็นค่าคงที่ และ U, I I และ F สามารถเปลี่ยนแปลงได้ จากนี้ไปสาม วิธีที่เป็นไปได้การควบคุมความเร็วรอบเครื่องยนต์:
การเปลี่ยนแปลงขนาดของแรงดันไฟฟ้าขาเข้า
โดยการเปลี่ยนค่าของกระดองปัจจุบันโดยใช้รีโอสแตท Rx ที่ปรับได้ซึ่งไม่เหมือนกับค่าเริ่มต้นที่คำนวณสำหรับการทำงานต่อเนื่อง
โดยการเปลี่ยนขนาดของฟลักซ์แม่เหล็กกระตุ้น F ซึ่งเป็นสัดส่วนกับกระแสในขดลวด OVSH และ OVSS ในขดลวดขนาน สามารถปรับได้ด้วยรีโอสแตท R b ความต้านทาน R b ขึ้นอยู่กับขีด จำกัด การควบคุมความเร็วที่ต้องการ RB =(2...5) R obsh
แผ่นพิกัดของมอเตอร์ระบุความเร็วพิกัด ซึ่งสอดคล้องกับกำลังพิกัดบนเพลามอเตอร์ที่แรงดันไฟหลักที่กำหนดและความต้านทานเอาต์พุตของรีโอสแตท RX และ R B
เรื่อง. การศึกษามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
เป้าหมายของงาน:
เพื่อศึกษาอุปกรณ์และหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าอุปกรณ์:
แบบจำลองมอเตอร์ไฟฟ้า แหล่งกระแส รีโอสแตท กุญแจ แอมมิเตอร์ สายไฟต่อ ภาพวาด การนำเสนอ
งาน:
1
. ศึกษาอุปกรณ์และหลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยใช้การนำเสนอ ภาพวาด และหุ่นจำลอง2
. เชื่อมต่อมอเตอร์เข้ากับแหล่งจ่ายไฟและสังเกตการทำงานของมอเตอร์ หากเครื่องยนต์ไม่ทำงาน ให้ค้นหาสาเหตุ ลองแก้ไขปัญหา3 . ระบุสององค์ประกอบหลักในอุปกรณ์ของมอเตอร์ไฟฟ้า
4 . การกระทำของมอเตอร์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางกายภาพใด
5 . เปลี่ยนทิศทางการหมุนของกระดอง จดสิ่งที่ต้องทำ
6. รวมตัว วงจรไฟฟ้าโดยต่ออนุกรมกับมอเตอร์ไฟฟ้า รีโอสแตท แหล่งกระแสไฟฟ้า แอมมิเตอร์ และกุญแจ เปลี่ยนกระแสและสังเกตการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า ความเร็วในการหมุนของกระดองเปลี่ยนไปหรือไม่? เขียนข้อสรุปเกี่ยวกับการพึ่งพาของแรงที่กระทำด้านข้างของสนามแม่เหล็กบนขดลวด ความแรงของกระแสในขดลวด
7 . มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถมีกำลังได้ เนื่องจาก:
A) คุณสามารถเปลี่ยนความแรงของกระแสในกระดองที่คดเคี้ยวได้
B) คุณสามารถเปลี่ยนสนามแม่เหล็กของตัวเหนี่ยวนำ
ระบุคำตอบที่ถูกต้อง:
1) มีเพียง A เท่านั้นที่เป็นจริง 2) มีเพียง B เท่านั้นที่เป็นจริง; 3) ทั้ง A และ B เป็นจริง; 4) ทั้ง A และ B ผิด
8 . ระบุข้อดีของมอเตอร์ไฟฟ้าเหนือเครื่องยนต์ความร้อน
งานห้องปฏิบัติการ→ หมายเลข 10
การศึกษามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (ในแบบจำลอง)
เป้าหมายของงาน:ทำความคุ้นเคยกับชิ้นส่วนหลักของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงในรุ่นของมอเตอร์นี้
นี่อาจเป็นงานที่ไม่ซับซ้อนที่สุดสำหรับหลักสูตรเกรด 8 คุณเพียงแค่ต้องต่อรุ่นมอเตอร์เข้ากับแหล่งกระแสไฟฟ้า ดูวิธีการทำงาน และจดจำชื่อชิ้นส่วนหลักของมอเตอร์ไฟฟ้า (กระดอง ตัวเหนี่ยวนำ แปรง ครึ่งวง ขดลวด เพลา)
มอเตอร์ไฟฟ้าที่ครูเสนอให้คุณอาจคล้ายกับที่แสดงในรูปหรืออาจมีรูปลักษณ์ที่ต่างออกไป เนื่องจากมีตัวเลือกมากมายสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้าของโรงเรียน นี่ไม่ใช่สิ่งสำคัญพื้นฐาน เนื่องจากครูอาจจะบอกรายละเอียดและแสดงวิธีจัดการกับโมเดล
เราแสดงรายการสาเหตุหลักที่ทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออย่างถูกต้องไม่ทำงาน วงจรเปิด, ขาดการสัมผัสระหว่างแปรงและครึ่งวง, ความเสียหายต่อขดลวดกระดอง หากในสองกรณีแรกคุณสามารถรับมือได้ด้วยตัวเอง ในกรณีของการหยุดพักที่คดเคี้ยว คุณต้องติดต่อครู ก่อนเปิดเครื่องยนต์ ตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระดองของมันสามารถหมุนได้อย่างอิสระและไม่มีอะไรมาขัดขวาง มิฉะนั้น เมื่อเปิดเครื่อง มอเตอร์ไฟฟ้าจะส่งเสียงดังฉวัดเฉวียน แต่จะไม่หมุน
กำลังโหลด...