Studiul unui motor electric pe un model. Înțelegem principiile de funcționare a motoarelor electrice: avantajele și dezavantajele diferitelor tipuri. Caracteristici de utilizare a motoarelor asincrone într-un circuit monofazat

Lucrare de laborator nr 9

Subiect. Studiul motorului electric de curent continuu.

Scopul lucrării: studiază structura și principiul de funcționare a unui motor electric.

Echipament: model motor electric, sursa de curent, reostat, cheie, ampermetru, fire de conectare, desene, prezentare.

SARCINI:

1 . Studiați structura și principiul de funcționare a unui motor electric folosind o prezentare, desene și un model.

2 . Conectați motorul electric la o sursă de alimentare și observați funcționarea acestuia. Dacă motorul nu funcționează, determinați cauza și încercați să remediați problema.

3 . Indicați cele două elemente principale în proiectarea unui motor electric.

4 . Pe ce fenomen fizic se bazează acțiunea unui motor electric?

5 . Schimbați sensul de rotație al armăturii. Scrieți ce trebuie să faceți pentru a realiza acest lucru.

6. Asamblați un circuit electric conectând un motor electric, un reostat, o sursă de curent, un ampermetru și un comutator în serie. Schimbați curentul și observați funcționarea motorului electric. Se modifică viteza de rotație a armăturii? Scrieți o concluzie despre dependența forței care acționează asupra bobinei din câmpul magnetic de puterea curentului din bobină.

7 . Motoarele electrice pot avea orice putere, deoarece:

A) puteți modifica puterea curentului în înfășurarea armăturii;

B) puteți modifica câmpul magnetic al inductorului.

Vă rugăm să indicați răspunsul corect:

1) numai A este adevărat; 2) numai B este adevărat; 3) atât A cât și B sunt adevărate; 4) atât A cât și B sunt incorecte.

8 . Enumerați avantajele unui motor electric față de un motor termic.

Orice motor electric este proiectat pentru a efectua lucrări mecanice datorită consumului de energie electrică aplicat acestuia, care este convertit, de regulă, în mișcare de rotație. Deși în tehnologie există modele care creează imediat o mișcare de translație a corpului de lucru. Se numesc motoare liniare.

În instalațiile industriale, motoarele electrice antrenează diverse mașini și dispozitive mecanice implicate în procesul de producție tehnologic.

În interiorul aparatelor electrocasnice, motoarele electrice funcționează în mașini de spălat, aspiratoare, computere, uscătoare de păr, jucării pentru copii, ceasuri și multe alte dispozitive.

Procese fizice de bază și principiu de funcționare

Sarcinile electrice care se deplasează în interior, care se numesc curent electric, sunt întotdeauna acționate de o forță mecanică care tinde să-și devieze direcția într-un plan situat perpendicular pe orientarea liniilor de forță magnetice. Atunci când un curent electric trece printr-un conductor metalic sau o bobină realizată din acesta, această forță tinde să miște/roteze fiecare conductor purtător de curent și întreaga înfășurare în ansamblu.

Imaginea de mai jos prezintă un cadru metalic prin care trece curentul. Câmpul magnetic aplicat acestuia creează o forță F pentru fiecare ramură a cadrului, creând o mișcare de rotație.

Această proprietate a interacțiunii energiei electrice și magnetice bazată pe crearea unei forțe electromotoare într-un circuit conductor închis este implicată în funcționarea oricărui motor electric. Designul său include:

înfăşurare prin care trece curentul electric. Este plasat pe un miez de ancorare special și fixat în rulmenți de rotație pentru a reduce contracararea forțelor de frecare. Această structură se numește rotor;

un stator care creează un câmp magnetic, care cu liniile sale de forță pătrunde în sarcinile electrice care trec prin spirele înfășurării rotorului;

carcasă pentru adăpostirea statorului. În interiorul carcasei sunt realizate prize speciale de montare, în interiorul cărora sunt montate pistele exterioare ale rulmenților rotorului.

Un design simplificat al celui mai simplu motor electric poate fi reprezentat de următoarea imagine.

Când rotorul se rotește, se creează un cuplu, a cărui putere depinde de proiectarea generală a dispozitivului, cantitatea de energie electrică aplicată și pierderile acesteia în timpul transformărilor.

Puterea maximă posibilă a cuplului motorului este întotdeauna mai mică decât energia electrică aplicată acestuia. Se caracterizează prin mărimea factorului de eficiență.

Tipuri de motoare electrice

În funcție de tipul de curent care curge prin înfășurări, acestea sunt împărțite în motoare DC sau AC. Fiecare dintre aceste două grupuri are un număr mare de modificări folosind procese tehnologice diferite.

motoare de curent continuu

Câmpul lor magnetic al statorului este creat de electromagneți montați permanent sau speciali cu înfășurări de câmp. Înfășurarea armăturii este montată rigid în arbore, care este fixat în rulmenți și se poate roti liber în jurul propriei axe.

Structura de bază a unui astfel de motor este prezentată în figură.

Pe miezul armăturii din materiale feromagnetice există o înfășurare formată din două părți conectate în serie, care sunt conectate la un capăt la plăcile colectoare conductoare, iar cealaltă sunt conectate între ele. Două perii de grafit sunt situate la capete diametral opuse ale armăturii și sunt presate pe plăcuțele de contact ale plăcilor comutatorului.

Peria inferioară a modelului este alimentată cu un potențial pozitiv al unei surse de curent constant, iar peria superioară este alimentată cu un potențial negativ. Direcția curentului care curge prin înfășurare este indicată de o săgeată roșie punctată.

Curentul provoacă un câmp magnetic al polului nord în partea stângă jos a armăturii și un pol sud în dreapta sus (regula gimlet). Acest lucru duce la respingerea polilor rotorului de la poli staționari similari și la atracția către poli diferiți de pe stator. Ca urmare a forței aplicate, are loc o mișcare de rotație, a cărei direcție este indicată de săgeata maro.

Odată cu rotirea în continuare a armăturii, prin inerție, polii se deplasează pe alte plăci colectoare. Direcția curentului în ele se schimbă în sens opus. Rotorul continuă să se rotească în continuare.

Designul simplu al unui astfel de dispozitiv colector duce la pierderi mari de energie electrică. Astfel de motoare funcționează în dispozitive simple sau jucării pentru copii.

Motoarele electrice cu curent continuu implicate în procesul de producție au un design mai complex:

înfășurarea este secționată nu în două, ci în mai multe părți;

fiecare secțiune de înfășurare este montată pe propriul stâlp;

Dispozitivul colector este alcătuit dintr-un anumit număr de plăcuțe de contact în funcție de numărul de secțiuni de înfășurare.

Ca rezultat, se creează o conexiune lină a fiecărui stâlp prin plăcile sale de contact la perii și la sursa de curent, iar pierderile de energie electrică sunt reduse.

Dispozitivul unei astfel de ancore este prezentat în imagine.

Pentru motoarele electrice cu curent continuu, sensul de rotație al rotorului poate fi inversat. Pentru a face acest lucru, este suficient să inversați mișcarea curentului în înfășurare prin schimbarea polarității la sursă.

motoare de curent alternativ

Ele diferă de modelele anterioare prin faptul că curentul electric care curge în înfășurarea lor este descris prin schimbarea periodică a direcției (semnului). Pentru a le alimenta, tensiunea este furnizată de la generatoare cu semne alternative.

Statorul unor astfel de motoare este realizat dintr-un circuit magnetic. Este realizat din plăci feromagnetice cu caneluri în care sunt plasate spire de înfășurare cu configurație cadru (bobină).

Motoare electrice sincrone

Poza de mai jos arată Principiul de funcționare al motorului AC monofazat cu rotaţia sincronă a câmpurilor electromagnetice ale rotorului şi statorului.

În șanțurile circuitului magnetic stator la capete diametral opuse se află conductoare de înfășurare, reprezentate schematic sub forma unui cadru prin care curge curent alternativ.

Să luăm în considerare cazul momentului de timp corespunzător trecerii părții pozitive a semiundei sale.

Un rotor cu magnet permanent încorporat se rotește liber în pistele de rulment, care are un pol nord „gura N” și un pol sud „gura S” clar definite. Când o jumătate de undă pozitivă de curent trece prin înfășurarea statorului, se creează în ea un câmp magnetic cu poli „S st” și „N st”.

Între câmpurile magnetice ale rotorului și statorului apar forțe de interacțiune (ca polii se resping, iar polii opuși se atrag), care tind să rotească armătura motorului electric dintr-o poziție arbitrară în cea finală, când polii opuși sunt situați cât mai aproape. pe cât posibil unul față de celălalt.

Dacă luăm în considerare același caz, dar pentru momentul în care semiunda inversă - negativă a curentului trece prin conductorul cadru, atunci rotația armăturii va avea loc în sens opus.

Pentru a conferi mișcare continuă rotorului, nu se realizează un cadru de înfășurare în stator, ci un anumit număr dintre ele, ținând cont de faptul că fiecare dintre ele este alimentat de la o sursă de curent separată.

Principiul de funcționare al motorului AC cu rotație sincronă trifazată Câmpurile electromagnetice ale rotorului și statorului sunt prezentate în imaginea următoare.

În acest design, trei înfășurări A, B și C sunt montate în interiorul circuitului magnetic al statorului, deplasate la unghiuri de 120 de grade una față de cealaltă. Înfășurarea A este evidențiată în galben, B în verde și C în roșu. Fiecare infasurare este realizata cu aceleasi rame ca in cazul precedent.

În imagine, pentru fiecare caz, curentul trece printr-o singură înfășurare în direcția înainte sau înapoi, care este indicată de semnele „+” și „-”.

Când o semiundă pozitivă trece prin faza A în direcția înainte, axa câmpului rotorului ia o poziție orizontală deoarece polii magnetici ai statorului se formează în acest plan și atrag armătura în mișcare. Polii opuși ai rotorului tind să se apropie de polii statorului.

Când semiunda pozitivă urmează faza C, armătura se va roti cu 60 de grade în sensul acelor de ceasornic. După ce curentul este furnizat fazei B, va avea loc o rotație similară a armăturii. Fiecare flux succesiv de curent în următoarea fază a următoarei înfășurări va roti rotorul.

Dacă fiecărei înfășurări este furnizată o tensiune de rețea trifazată deplasată la un unghi de 120 de grade, atunci în ele vor circula curenți alternativi, care vor învârti armătura și vor crea rotația sa sincronă cu câmpul electromagnetic furnizat.

Același design mecanic a fost folosit cu succes în motor pas cu pas trifazat. Numai în fiecare înfășurare, cu ajutorul controlului, impulsurile de curent continuu sunt furnizate și îndepărtate conform algoritmului descris mai sus.

Pornirea lor începe o mișcare de rotație, iar oprirea la un anumit moment în timp asigură o rotație dozată a arborelui și se oprește la un unghi programat pentru a efectua anumite operații tehnologice.

În ambele sisteme trifazate descrise, este posibilă schimbarea direcției de rotație a armăturii. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să schimbați secvența de faze „A” - „B” - „C” cu altceva, de exemplu, „A” - „C” - „B”.

Viteza de rotație a rotorului este reglată de durata perioadei T. Reducerea acestuia duce la accelerarea rotației. Mărimea amplitudinii curentului într-o fază depinde de rezistența internă a înfășurării și de valoarea tensiunii aplicate acesteia. Acesta determină cantitatea de cuplu și puterea motorului electric.

Motoare electrice asincrone

Aceste modele de motoare au același circuit magnetic stator cu înfășurări ca în modelele monofazate și trifazate discutate anterior. Și-au primit numele datorită rotației nesincrone a câmpurilor electromagnetice ale armăturii și statorului. Acest lucru a fost realizat prin îmbunătățirea configurației rotorului.

Miezul său este realizat din plăci de oțel de calitate electrică cu caneluri. Sunt echipate cu conductoare de curent din aluminiu sau cupru, care sunt închise la capetele armăturii prin inele conductoare.

Când se aplică tensiune în înfășurările statorului, un curent electric este indus în înfășurarea rotorului de o forță electromotoare și se creează un câmp magnetic al armăturii. Când aceste câmpuri electromagnetice interacționează, arborele motorului începe să se rotească.

Cu acest design, mișcarea rotorului este posibilă numai după ce un câmp electromagnetic rotativ a apărut în stator și continuă într-un mod de funcționare asincron cu acesta.

Motoarele asincrone au un design mai simplu. Prin urmare, sunt mai ieftine și utilizate pe scară largă în instalațiile industriale și electrocasnicele.

Motoare liniare

Multe părți de lucru ale mecanismelor industriale efectuează mișcare alternativă sau înainte într-un singur plan, necesară pentru funcționarea mașinilor de prelucrare a metalelor, vehiculelor, lovituri de ciocan la conducerea piloților...

Mutarea unui astfel de corp de lucru folosind cutii de viteze, șuruburi cu bile, transmisii cu curele și dispozitive mecanice similare de la un motor electric rotativ complică proiectarea. O soluție tehnică modernă la această problemă este funcționarea unui motor electric liniar.

Statorul și rotorul său sunt alungite sub formă de benzi și nu sunt pliate în inele, ca cele ale motoarelor electrice rotative.

Principiul de funcționare este de a conferi mișcare liniară alternativă rotorului-rotor datorită transferului de energie electromagnetică de la un stator staționar cu un circuit magnetic deschis de o anumită lungime. În interiorul acestuia, pornind alternativ curentul, se creează un câmp magnetic rulant.

Acționează asupra înfășurării armăturii cu comutatorul. Forțele care apar într-un astfel de motor mișcă rotorul numai într-o direcție liniară de-a lungul elementelor de ghidare.

Motoarele liniare sunt proiectate să funcționeze pe curent continuu sau alternativ și pot funcționa în mod sincron sau asincron.

Dezavantajele motoarelor liniare sunt:

complexitatea tehnologiei;

preț mare;

niveluri scăzute de energie.

Motoarele electrice sunt dispozitive în care energia electrică este transformată în energie mecanică. Principiul funcționării lor se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice.

Cu toate acestea, modul în care câmpurile magnetice interacționează, determinând rotirea rotorului motorului, diferă semnificativ în funcție de tipul de tensiune de alimentare - alternativă sau directă.

Principiul de funcționare al unui motor electric de curent continuu se bazează pe efectul de respingere a polilor similari magneților permanenți și atragerea polilor diferiți. Prioritatea invenției sale îi aparține inginerului rus B. S. Jacobi. Primul model industrial de motor de curent continuu a fost creat în 1838. De atunci, designul său nu a suferit modificări fundamentale.

La motoarele de curent continuu de putere redusă, unul dintre magneți există fizic. Este atașat direct de corpul mașinii. Al doilea este creat în înfășurarea armăturii după conectarea unei surse de curent continuu la acesta. În acest scop, se folosește un dispozitiv special - o unitate comutator-perie. Colectorul în sine este un inel conductor atașat la arborele motorului. Capetele înfășurării armăturii sunt conectate la acesta.

Pentru ca cuplul să apară, polii magnetului permanent al armăturii trebuie schimbati continuu. Acest lucru ar trebui să se întâmple în momentul în care polul traversează așa-numitul neutru magnetic. Din punct de vedere structural, această problemă este rezolvată prin împărțirea inelului colector în sectoare separate prin plăci dielectrice. Capetele înfășurărilor armăturii sunt conectate alternativ la ele.