Nghiên cứu động cơ điện một chiều. Chúng tôi hiểu rõ nguyên lý hoạt động của động cơ điện: ưu nhược điểm của các loại. Nguyên tắc lý thuyết cơ bản
Để sử dụng bản xem trước bản trình bày, hãy tạo tài khoản Google và đăng nhập vào tài khoản đó: https://accounts.google.com
Chú thích slide:
Trong các hình ảnh, xác định chiều của lực Ampe, chiều dòng điện trong dây dẫn, chiều của các đường sức từ và các cực của nam châm. N S F = 0 Hãy nhớ lại.
Bài thí nghiệm số 11 Nghiên cứu động cơ điện một chiều (trên mô hình). Mục đích của công việc: làm quen với mô hình động cơ điện một chiều, cấu tạo và hoạt động của nó. Thiết bị và vật liệu: mô hình động cơ điện, nguồn điện thí nghiệm, chìa khóa, dây nối.
Những quy định an toàn. Không nên có vật lạ trên bàn. Chú ý! Điện! Cách điện của dây dẫn không được bị hư hỏng. Không bật mạch khi chưa có sự cho phép của giáo viên. Không dùng tay chạm vào các bộ phận quay của động cơ điện. Tóc dài phải được cắt bỏ để không bị mắc vào các bộ phận quay của động cơ. Sau khi hoàn thành công việc, sắp xếp nơi làm việc ngăn nắp, mở mạch điện và tháo rời.
Trình tự công việc. 1. Xét mô hình động cơ điện. Cho biết các bộ phận chính của nó trong Hình 1. 1 2 3 Hình 1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ______________________________
2. Lắp ráp một mạch điện gồm một nguồn dòng, một mô tơ điện, một chiếc chìa khóa, nối các thứ nối tiếp. Vẽ sơ đồ mạch điện.
3. Xoay động cơ. Nếu động cơ không hoạt động, hãy tìm nguyên nhân và loại bỏ chúng. 4. Thay đổi chiều dòng điện trong mạch. Quan sát chuyển động quay của bộ phận chuyển động của động cơ điện. 5. Rút ra kết luận.
Văn học: 1. Vật lý. Lớp 8: học tập. cho giáo dục phổ thông tổ chức/A.V. - tái bản lần thứ 4, hoàn thiện - M.: Bustard, 2008. 2 . Vật lý. Lớp 8: học tập. Đối với giáo dục phổ thông tổ chức / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya - tái bản lần thứ 2, khuôn mẫu - M.: Bustard, 2008. 3. Bài tập thí nghiệm và bài kiểm tra môn vật lý: Sổ ghi chép cho học sinh lớp 8 - Saratov: Lyceum, 2009. 4. Sổ ghi chép làm bài trong phòng thí nghiệm. Sarahman ID Cơ sở giáo dục thành phố Trường trung học số 8 ở Mozdoka, Bắc Ossetia-Alania. 5. Công việc thí nghiệm ở trường và ở nhà: cơ học / V.F. Shilov.-M.: Education, 2007. 6. Tuyển tập các bài toán vật lý. Lớp 7-9: Cẩm nang dành cho học sinh phổ thông. tổ chức / V.I. Lukashik, E.V. Ivanova.-24 ed.-M.: Giáo dục, 2010.
Xem trước:
Phòng thí nghiệm số 11
(trên mô hình)
Mục tiêu của công việc
Thiết bị và vật liệu
Tiến triển.
Phòng thí nghiệm số 11
Nghiên Cứu Động Cơ Điện DC
(trên mô hình)
Mục tiêu của công việc : làm quen với mô hình động cơ điện một chiều và cấu tạo, hoạt động của nó.
Thiết bị và vật liệu: model động cơ điện, nguồn điện phòng thí nghiệm, chìa khóa, dây kết nối.
Những quy định an toàn.
Không nên có vật lạ trên bàn. Chú ý! Điện! Cách điện của dây dẫn không được bị hư hỏng. Không bật mạch khi chưa có sự cho phép của giáo viên. Không chạm tay vào các bộ phận quay của động cơ điện.
Luyện tập các nhiệm vụ và câu hỏi
1. Động cơ điện hoạt động dựa vào hiện tượng vật lý nào?
2. Ưu điểm của động cơ điện so với động cơ nhiệt là gì?
3. Động cơ điện DC được sử dụng ở đâu?
Tiến triển.
1. Xét mô hình động cơ điện. Cho biết các bộ phận chính của nó trong Hình 1.
2. Lắp ráp một mạch điện gồm một nguồn dòng, một mô tơ điện, một chiếc chìa khóa, nối các thứ nối tiếp. Vẽ sơ đồ mạch điện.
Hình 1
Rút ra kết luận.
3. Xoay động cơ. Nếu động cơ không hoạt động, hãy tìm nguyên nhân và loại bỏ chúng.
4. Thay đổi chiều dòng điện trong mạch. Quan sát chuyển động quay của bộ phận chuyển động của động cơ điện.
Hình 1
Động cơ điện là một thiết bị điện để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Ngày nay, động cơ điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển nhiều loại máy móc và cơ chế khác nhau. Trong gia đình, chúng được lắp đặt trong máy giặt, tủ lạnh, máy ép trái cây, máy chế biến thực phẩm, quạt, máy cạo râu điện, v.v. Động cơ điện dẫn động các thiết bị và cơ chế được kết nối với nó.
Trong bài viết này tôi sẽ nói về những loại và nguyên lý hoạt động phổ biến nhất của động cơ điện xoay chiều, được sử dụng rộng rãi trong các gara, hộ gia đình hoặc nhà xưởng.
Động cơ điện hoạt động như thế nào?
Động cơ hoạt động dựa trên hiệu ứng, được Michael Faraday phát hiện vào năm 1821. Ông đã khám phá ra rằng khi dòng điện trong dây dẫn tương tác với nam châm thì có thể xảy ra chuyển động quay liên tục.
Nếu trong từ trường đềuĐặt khung ở vị trí thẳng đứng và cho dòng điện chạy qua nó, khi đó một trường điện từ sẽ xuất hiện xung quanh dây dẫn, trường này sẽ tương tác với các cực của nam châm. Khung sẽ đẩy từ cái này và hút cái kia.
Kết quả là khung sẽ quay sang vị trí nằm ngang, lúc đó tác dụng của từ trường lên dây dẫn sẽ bằng không. Để quá trình quay tiếp tục, cần thêm một khung khác ở một góc hoặc thay đổi hướng dòng điện trong khung vào thời điểm thích hợp.
Trong hình, việc này được thực hiện bằng cách sử dụng hai nửa vòng mà các tấm tiếp xúc của pin liền kề nhau. Kết quả là, sau khi hoàn thành nửa vòng quay, cực tính thay đổi và chuyển động quay tiếp tục.
Trong động cơ điện hiện đại Thay vì nam châm vĩnh cửu, cuộn cảm hoặc nam châm điện được sử dụng để tạo ra từ trường. Nếu bạn tháo rời bất kỳ động cơ nào, bạn sẽ thấy các vòng dây quấn được phủ một lớp vecni cách điện. Những vòng này là nam châm điện hay còn được gọi là cuộn dây kích từ.
Ở nhà Nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong đồ chơi trẻ em chạy bằng pin.
Ở những nơi khác, mạnh mẽ hơnĐộng cơ chỉ sử dụng nam châm điện hoặc cuộn dây. Bộ phận quay với chúng được gọi là rôto, bộ phận đứng yên là stato.
Các loại động cơ điện
Hiện nay có khá nhiều loại động cơ điện với kiểu dáng và chủng loại khác nhau. Chúng có thể được tách ra theo loại nguồn điện:
- Dòng điện xoay chiều, hoạt động trực tiếp từ nguồn điện.
- Dòng điện một chiều hoạt động bằng pin, pin sạc, nguồn điện hoặc các nguồn điện một chiều khác.
Theo nguyên lý hoạt động:
- Đồng bộ, có cuộn dây trên rôto và cơ cấu chổi than để cung cấp dòng điện cho chúng.
- Không đồng bộ, loại động cơ đơn giản và phổ biến nhất. Chúng không có chổi than hoặc cuộn dây trên rôto.
Động cơ đồng bộ quay đồng bộ với từ trường làm quay nó, trong khi động cơ không đồng bộ quay chậm hơn từ trường quay trong stato.
Nguyên lý hoạt động và thiết kế của động cơ điện không đồng bộ
Trong một nhà ở không đồng bộđộng cơ, các cuộn dây stato được đặt (đối với 380 Vôn sẽ có 3 cuộn dây), tạo ra từ trường quay. Đầu của chúng được kết nối với một khối thiết bị đầu cuối đặc biệt để kết nối. Các cuộn dây được làm mát nhờ một quạt gắn trên trục ở cuối động cơ điện.
Cánh quạt, là một phần với trục, được làm bằng các thanh kim loại khép kín ở cả hai bên, đó là lý do tại sao nó được gọi là ngắn mạch.
Nhờ thiết kế này, không cần phải bảo trì định kỳ thường xuyên và thay thế chổi than cung cấp hiện tại, độ tin cậy, độ bền và độ tin cậy tăng lên gấp nhiều lần.
Thường xuyên, nguyên nhân chính của sự thất bại của động cơ không đồng bộ là độ mòn của các ổ trục trong đó trục quay.
Nguyên lý hoạt động.Để động cơ không đồng bộ hoạt động, rôto cần phải quay chậm hơn trường điện từ của stato, do đó tạo ra EMF (xuất hiện dòng điện) trong rôto. Một điều kiện quan trọng ở đây là nếu rôto quay cùng tốc độ với từ trường, thì theo định luật cảm ứng điện từ, sẽ không có EMF nào được tạo ra trong nó và do đó sẽ không có chuyển động quay. Nhưng trên thực tế, do ma sát của ổ trục hoặc tải trọng trên trục nên rôto sẽ luôn quay chậm hơn.
Các cực từ liên tục quay trong cuộn dây động cơ và chiều dòng điện trong rôto liên tục thay đổi. Ví dụ, tại một thời điểm, hướng của dòng điện trong cuộn dây stato và rôto được mô tả dưới dạng sơ đồ dưới dạng các đường chéo (dòng điện chạy ra xa chúng ta) và các chấm (dòng điện hướng về chúng ta). Từ trường quay được biểu diễn dưới dạng đường chấm.
Ví dụ, cưa tròn hoạt động như thế nào. Nó có tốc độ cao nhất mà không cần tải. Nhưng ngay khi chúng ta bắt đầu cắt tấm ván, tốc độ quay sẽ giảm xuống, đồng thời rôto bắt đầu quay chậm hơn so với trường điện từ và theo các định luật kỹ thuật điện, một EMF thậm chí còn lớn hơn bắt đầu được tạo ra trong Nó. Dòng điện tiêu thụ của động cơ tăng lên và nó bắt đầu hoạt động hết công suất. Nếu tải trọng tác dụng lên trục lớn đến mức nó dừng lại thì rôto lồng sóc có thể bị hỏng do giá trị EMF cực đại sinh ra trong nó. Chính vì vậy việc lựa chọn động cơ có công suất phù hợp là rất quan trọng. Nếu bạn lấy một cái lớn hơn thì chi phí năng lượng sẽ không hợp lý.
Tốc độ cánh quạt phụ thuộc vào số cực. Với 2 cực, tốc độ quay sẽ bằng tốc độ quay của từ trường, tối đa là 3000 vòng/giây ở tần số mạng 50 Hz. Để giảm tốc độ đi một nửa, cần tăng số cực của stato lên bốn.
Một nhược điểm đáng kể của không đồng bộđộng cơ là chúng có thể điều chỉnh tốc độ quay của trục chỉ bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Và do đó không thể đạt được tốc độ quay trục không đổi.
Nguyên lý hoạt động và thiết kế của động cơ điện đồng bộ xoay chiều
Loại động cơ điện này được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, nơi cần có tốc độ quay không đổi, khả năng điều chỉnh và cả khi cần tốc độ quay hơn 3000 vòng / phút (đây là mức tối đa đối với động cơ không đồng bộ).
Động cơ đồng bộ được lắp đặt trong các dụng cụ điện, máy hút bụi, máy giặt, v.v.
Trong nhà ở đồng bộ Trong động cơ điện xoay chiều có các cuộn dây (3 trong hình), cũng được quấn trên rôto hoặc phần ứng (1). Các dây dẫn của chúng được hàn vào các phần của vòng trượt hoặc bộ thu (5), nơi điện áp được đặt vào bằng cách sử dụng chổi than chì (4). Hơn nữa, các cực được bố trí sao cho chổi than luôn chỉ cung cấp điện áp cho một cặp.
Sự cố thường gặp nhấtđộng cơ chuyển mạch là:
- Bàn chải mòn hoặc sự tiếp xúc kém của chúng do lò xo áp suất bị suy yếu.
- Ô nhiễm bộ sưu tập. Làm sạch bằng cồn hoặc giấy nhám.
- Mang mặc.
Nguyên lý hoạt động. Mô-men xoắn trong động cơ điện được tạo ra do sự tương tác giữa dòng điện phần ứng và từ thông trong cuộn dây kích từ. Khi dòng điện xoay chiều thay đổi hướng của từ thông trong vỏ và phần ứng cũng sẽ thay đổi đồng thời, do đó chiều quay sẽ luôn theo một hướng.
nghiên cứu thiết bị, nguyên lý hoạt động, đặc tính của động cơ điện một chiều;
có được các kỹ năng thực tế trong việc khởi động, vận hành và dừng động cơ điện một chiều;
Nghiên cứu thực nghiệm các thông tin lý thuyết về đặc tính của động cơ điện một chiều.
Nguyên tắc lý thuyết cơ bản
Động cơ điện DC là một máy điện được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Thiết kế của động cơ điện một chiều không khác gì máy phát điện một chiều. Hoàn cảnh này làm cho các máy điện DC có thể đảo ngược, nghĩa là cho phép chúng được sử dụng ở cả chế độ máy phát và động cơ. Về mặt cấu trúc, động cơ điện một chiều có các phần tử cố định và chuyển động, được thể hiện trên hình 2. 1.
Phần cố định - stator 1 (khung) được làm bằng thép đúc, gồm 2 cực chính và 3 cực phụ với 4 cuộn dây kích từ và 5 và một bàn chải đi ngang qua các bàn chải. Stator thực hiện chức năng của một mạch từ. Với sự trợ giúp của các cực chính, một từ trường không đổi theo thời gian và bất động trong không gian được tạo ra. Các cực bổ sung được đặt giữa các cực chính và cải thiện điều kiện chuyển mạch.
Bộ phận chuyển động của động cơ điện một chiều là rôto 6 (phần ứng), được đặt trên một trục quay. Phần ứng cũng đóng vai trò của một mạch từ tính. Nó được làm từ những tấm thép mỏng cách điện với nhau, có hàm lượng silicon cao, giúp giảm tổn thất điện năng. Cuộn dây 7 được ép vào các rãnh của phần ứng, các đầu nối của chúng được nối với các tấm thu 8, nằm trên cùng một trục động cơ điện (xem Hình 1).
Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của động cơ điện DC. Việc nối điện áp một chiều vào các cực của máy điện sẽ gây ra sự xuất hiện đồng thời của dòng điện trong cuộn dây kích từ (stato) và trong cuộn dây phần ứng (Hình 2). Do sự tương tác của dòng điện phần ứng với từ thông do cuộn dây kích từ tạo ra sẽ xuất hiện một lực trong stato f, được xác định theo định luật Ampe . Hướng của lực này được xác định theo quy tắc bàn tay trái (Hình 2), theo đó nó có hướng vuông góc với cả hai dòng điện Tôi(trong cuộn dây phần ứng) và vectơ cảm ứng từ TRONG(được tạo ra bởi cuộn dây kích thích). Kết quả là có một cặp lực tác dụng lên rôto (Hình 2). Lực tác dụng lên phần trên của rôto ở bên phải, ở phần dưới ở bên trái. Cặp lực này tạo ra một mô-men xoắn, dưới tác dụng của nó làm quay phần ứng. Độ lớn của mômen điện từ sinh ra sẽ bằng
M = c tôi TÔI TÔI F,
Ở đâu Với m - hệ số phụ thuộc vào thiết kế cuộn dây phần ứng và số cực của động cơ điện; F- từ thông của một cặp cực chính của động cơ điện; TÔI TÔI - dòng điện phần ứng động cơ. Như sau từ Hình. Trong hình 2, sự quay của cuộn dây phần ứng đi kèm với sự thay đổi đồng thời về cực tính trên các tấm thu. Hướng của dòng điện trong các vòng dây quấn phần ứng thay đổi ngược lại, nhưng từ thông của cuộn dây kích từ vẫn giữ nguyên hướng, xác định hướng không đổi của lực. f, và do đó mô-men xoắn.
Sự quay của phần ứng trong từ trường dẫn đến sự xuất hiện của EMF trong cuộn dây của nó, hướng của nó được xác định theo quy tắc bàn tay phải. Kết quả là, đối với cái được hiển thị trong Hình. 2 cấu hình trường và lực trong cuộn dây phần ứng, sẽ xuất hiện một dòng điện cảm ứng ngược chiều với dòng điện chính. Do đó, EMF kết quả được gọi trở lại EMF. Giá trị của nó bằng
E = Với e nФ,
Ở đâu N- tốc độ quay của phần ứng động cơ điện; Với e là hệ số phụ thuộc vào các phần tử kết cấu của máy. EMF này làm giảm hiệu suất của động cơ điện.
Dòng điện trong phần ứng tạo ra từ trường tác động lên từ trường của các cực chính (stato), gọi là phản ứng phần ứng. Khi máy chạy không tải, từ trường chỉ được tạo ra bởi các cực chính. Trường này đối xứng qua trục của các cực này và đồng trục với chúng. Khi nối tải vào động cơ, một từ trường được tạo ra trong cuộn dây phần ứng do dòng điện - trường phần ứng tạo ra. Trục của trường này sẽ vuông góc với trục của các cực chính. Vì khi phần ứng quay thì phân bố dòng điện trong dây dẫn phần ứng không thay đổi nên trường phần ứng không chuyển động trong không gian. Việc cộng trường này với trường của các cực chính sẽ tạo ra trường thu được, trường này quay một góc ngược chiều quay của phần ứng. Kết quả là, mô-men xoắn giảm, do một số dây dẫn đi vào vùng cực có cực tính ngược nhau và tạo ra mô-men xoắn hãm. Trong trường hợp này, chổi than phát ra tia lửa điện và cổ góp cháy, đồng thời xuất hiện trường khử từ theo chiều dọc.
Để giảm ảnh hưởng của phản ứng phần ứng đến hoạt động của máy, các cực bổ sung được tích hợp vào máy. Cuộn dây của các cực như vậy được nối nối tiếp với cuộn dây chính của phần ứng, nhưng sự thay đổi hướng của cuộn dây trong chúng sẽ gây ra sự xuất hiện của một từ trường hướng vào từ trường của phần ứng.
Để thay đổi chiều quay của động cơ DC, cần phải thay đổi cực tính của điện áp cung cấp cho phần ứng hoặc cuộn dây kích từ.
Tùy thuộc vào phương pháp bật cuộn dây kích thích, động cơ điện một chiều có kích thích song song, nối tiếp và hỗn hợp được phân biệt.
Đối với động cơ có kích thích song song, cuộn dây được thiết kế cho toàn bộ điện áp của mạng cung cấp và được nối song song với mạch phần ứng (Hình 3).
Một động cơ dây quấn nối tiếp có một cuộn dây kích từ được nối nối tiếp với phần ứng, vì vậy cuộn dây này được thiết kế để mang toàn bộ dòng điện phần ứng (Hình 4).
Động cơ có kích thích hỗn hợp có hai cuộn dây, một cuộn dây mắc song song, cuộn kia nối tiếp với phần ứng (Hình 5).
Cơm. 3 Hình. 4
Khi khởi động động cơ điện một chiều (bất kể phương pháp kích thích) bằng kết nối trực tiếp với mạng cung cấp, dòng điện khởi động đáng kể sẽ phát sinh, có thể dẫn đến hỏng động cơ. Điều này xảy ra do sự giải phóng một lượng nhiệt đáng kể trong cuộn dây phần ứng và sau đó làm hỏng lớp cách điện của nó. Vì vậy, động cơ DC được khởi động bằng các thiết bị khởi động đặc biệt. Trong hầu hết các trường hợp, thiết bị khởi động đơn giản nhất được sử dụng cho những mục đích này - biến trở khởi động. Quá trình khởi động động cơ DC bằng biến trở khởi động được thể hiện bằng ví dụ về động cơ DC có kích thích song song.
Dựa trên phương trình được biên soạn theo định luật Kirchhoff thứ hai cho phía bên trái của mạch điện (xem Hình 3), biến trở khởi động được rút hoàn toàn ( R bắt đầu = 0), dòng điện phần ứng
,
Ở đâu bạn- điện áp cung cấp cho động cơ điện; R i là điện trở của cuộn dây phần ứng.
Tại thời điểm ban đầu khởi động động cơ điện, tốc độ quay phần ứng N= 0, do đó, suất điện động ngược cảm ứng trong cuộn dây phần ứng, theo biểu thức thu được trước đó, cũng sẽ bằng 0 ( E= 0).
Điện trở cuộn dây phần ứng R Tôi là một số lượng khá nhỏ. Để hạn chế dòng điện cao không thể chấp nhận được có thể xảy ra trong mạch phần ứng trong quá trình khởi động, một biến trở khởi động (điện trở khởi động) được bật nối tiếp với phần ứng, bất kể phương pháp kích thích của động cơ. R bắt đầu). Trong trường hợp này, dòng điện phần ứng khởi động
.
Khởi động điện trở biến trở R thời điểm khởi động được tính toán chỉ hoạt động trong thời gian khởi động và được chọn sao cho dòng khởi động của phần ứng của động cơ điện không vượt quá giá trị cho phép ( TÔI tôi, bắt đầu 2 TÔI tôi, danh nghĩa). Khi động cơ điện tăng tốc, EMF sinh ra trong cuộn dây phần ứng do tần số quay của nó tăng lên. tăng ( E=Với e nФ). Kết quả là dòng điện phần ứng giảm đi. Trong trường hợp này, điện trở của biến trở khởi động R bắt đầu Khi phần ứng động cơ tăng tốc thì phải giảm dần. Sau khi động cơ tăng tốc đến tốc độ định mức của phần ứng, EMF tăng lên nhiều đến mức điện trở khởi động có thể giảm xuống 0 mà không có nguy cơ dòng điện phần ứng tăng đáng kể.
Như vậy, điện trở ban đầu R khởi động trong mạch phần ứng chỉ cần thiết khi khởi động. Trong quá trình hoạt động bình thường của động cơ điện, trước hết phải tắt động cơ điện vì nó được thiết kế để hoạt động ngắn hạn khi khởi động, thứ hai, nếu có điện trở khởi động thì tổn thất nhiệt trong động cơ sẽ bằng R bắt đầu TÔI Thứ hai, làm giảm đáng kể hiệu suất của động cơ điện.
.
Có tính đến biểu thức của EMF ( E=Với e nФ), viết công thức tính tương ứng với tốc độ quay, ta thu được phương trình đặc tính tần số (tốc độ) của động cơ điện N(TÔI TÔI):
.
Từ đó suy ra rằng khi không có tải trên trục và dòng điện phần ứng TÔI TÔI = 0 tốc độ quay của động cơ tại một giá trị điện áp cung cấp nhất định
.
Tốc độ của xe gắn máy N 0 là tốc độ không tải lý tưởng. Ngoài các thông số của động cơ điện còn phụ thuộc vào giá trị điện áp vào và từ thông. Khi từ thông giảm, các yếu tố khác không đổi, tốc độ không tải lý tưởng sẽ tăng lên. Do đó, trong trường hợp đứt mạch cuộn dây kích thích, khi dòng điện kích thích bằng 0 ( TÔIв = 0), từ thông động cơ giảm xuống giá trị bằng giá trị từ thông dư F ost. Trong trường hợp này, động cơ “chuyển sang chế độ tăng tốc quá mức”, phát triển tốc độ quay cao hơn nhiều so với tốc độ danh nghĩa, điều này gây nguy hiểm nhất định cho cả động cơ và người vận hành.
Đặc tính tần số (tốc độ) của động cơ điện một chiều có kích thích song song N(TÔI i) ở giá trị từ thông không đổi F=hằng số và giá trị không đổi của điện áp cung cấp U = hằng trông giống như một đường thẳng (Hình 6).
Biểu diễn dòng điện phần ứng trong phương trình đặc tính tần số thông qua mômen điện từ của động cơ M =Với tôi TÔI TÔI F, ta thu được phương trình của đặc tính cơ học, tức là sự phụ thuộc N(M) Tại U = hằngđối với động cơ có kích thích song song:
.
Bỏ qua ảnh hưởng của phản ứng phần ứng trong quá trình thay đổi tải, chúng ta có thể giả sử rằng mômen điện từ của động cơ tỷ lệ thuận với dòng điện phần ứng. Vì vậy, đặc tính cơ học của động cơ DC có dạng giống như đặc tính tần số tương ứng. Một động cơ điện có kích thích song song có đặc tính cơ học cứng (Hình 7). Từ đặc tính này, rõ ràng là tần số quay của nó giảm nhẹ khi tăng mômen tải, vì dòng điện kích thích khi cuộn dây kích từ được mắc song song và theo đó, từ thông của động cơ thực tế không thay đổi và điện trở của mạch phần ứng là tương đối nhỏ.
Đặc tính hoạt động của động cơ DC kích từ song song được thể hiện trên hình 2. 8. Từ những đặc điểm này, rõ ràng tốc độ quay N của động cơ điện kích thích song song giảm nhẹ khi tăng tải. Sự phụ thuộc của mômen hữu ích trên trục động cơ vào nguồn điện R 2 là một đường gần như thẳng, vì mô men của động cơ này tỉ lệ với tải trọng trên trục: M=kР 2 / N. Độ cong của sự phụ thuộc này được giải thích bằng tốc độ quay giảm nhẹ khi tải tăng.
Tại R 2 = 0 dòng điện tiêu thụ của động cơ điện bằng dòng điện không tải. Khi công suất tăng lên, dòng điện phần ứng tăng xấp xỉ theo cùng sự phụ thuộc với mômen tải tác dụng lên trục, vì trong điều kiện F=hằng số Dòng điện phần ứng tỷ lệ thuận với mômen tải. Hiệu suất của động cơ điện được định nghĩa là tỷ số giữa công suất hữu ích trên trục và công suất tiêu thụ từ mạng:
,
Ở đâu R 2 - công suất trục hữu ích; R 1 =giao diện người dùng- công suất tiêu thụ của động cơ điện từ mạng lưới cung cấp; Rôi = TÔI 2 tôi R i - tổn thất điện năng trong mạch phần ứng, R ev = giao diện người dùng trong, = TÔI 2 trong R V - tổn thất điện năng trong mạch kích thích; R lông thú - tổn thất điện năng cơ học; R m - tổn thất điện năng do trễ và dòng điện xoáy.
Với điện áp cung cấp không đổi và từ thông không đổi, trong quá trình thay đổi giá trị điện trở của mạch phần ứng, có thể thu được một nhóm đặc tính cơ học, chẳng hạn như đối với động cơ điện có kích thích song song (Hình 9).
Ưu điểm của phương pháp điều khiển được xem xét nằm ở tính đơn giản tương đối và khả năng đạt được sự thay đổi trơn tru về tốc độ quay trên một phạm vi rộng (từ 0 đến giá trị tần số danh định). N danh nghĩa). Nhược điểm của phương pháp này bao gồm thực tế là có tổn thất điện năng đáng kể ở điện trở bổ sung, tổn thất này tăng khi tốc độ quay giảm, cũng như nhu cầu sử dụng thiết bị điều khiển bổ sung. Ngoài ra, phương pháp này không cho phép điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện trở lên so với giá trị danh định.
Sự thay đổi tốc độ quay của động cơ điện một chiều cũng có thể đạt được do thay đổi giá trị của từ thông kích thích. Khi từ thông thay đổi theo phương trình đáp ứng tần số của động cơ DC có kích thích song song ở một giá trị không đổi của điện áp nguồn và giá trị không đổi của điện trở mạch phần ứng, người ta có thể thu được một nhóm các đặc tính cơ học được trình bày trong Hình. 10.
Nhược điểm của phương pháp này còn bao gồm phạm vi điều khiển tương đối nhỏ do hạn chế về độ bền cơ học và chuyển mạch của động cơ điện. Ưu điểm của phương pháp điều khiển này là tính đơn giản. Đối với động cơ có kích thích song song, điều này đạt được bằng cách thay đổi điện trở của biến trở điều chỉnh R R trong mạch kích thích.
Đối với động cơ DC có kích thích nối tiếp, sự thay đổi từ thông có thể đạt được bằng cách nối song song cuộn dây kích từ với điện trở có giá trị thích hợp hoặc bằng cách nối tắt một số vòng nhất định của cuộn dây kích từ.
Phương pháp điều chỉnh tốc độ quay bằng cách thay đổi điện áp tại các cực phần ứng động cơ đã được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các bộ truyền động điện xây dựng trên hệ thống động cơ máy phát điện. Với từ thông không đổi và điện trở mạch phần ứng, do thay đổi điện áp phần ứng, có thể thu được một họ các đặc tính tần số.
Với sự thay đổi điện áp đầu vào, tốc độ không tải lý tưởng n 0 theo biểu thức đã cho trước đó, nó thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp. Do điện trở của mạch phần ứng không thay đổi nên độ cứng của họ đặc tính cơ không khác với độ cứng của đặc tính cơ tự nhiên tại bạn=bạn danh nghĩa.
Ưu điểm của phương pháp điều khiển được xem xét là có phạm vi thay đổi tốc độ quay rộng mà không làm tăng tổn thất điện năng. Nhược điểm của phương pháp này bao gồm thực tế là nó yêu cầu nguồn điện áp cung cấp được điều chỉnh và điều này dẫn đến tăng trọng lượng, kích thước và chi phí lắp đặt.
Công trình phòng thí nghiệm→ số 10
Nghiên cứu động cơ điện một chiều (trên mô hình).
Mục tiêu của công việc: Làm quen với các bộ phận cơ bản của động cơ điện một chiều bằng mô hình động cơ này.
Đây có lẽ là bài dễ nhất của lớp 8. Bạn chỉ cần nối mô hình động cơ với nguồn điện, xem nó hoạt động như thế nào và ghi nhớ tên các bộ phận chính của động cơ điện (phần ứng, cuộn cảm, chổi than, nửa vòng, cuộn dây, trục).
Động cơ điện mà giáo viên đưa cho bạn có thể giống với động cơ trong hình hoặc có thể có hình dáng khác vì có nhiều lựa chọn cho động cơ điện trường học. Điều này không có tầm quan trọng cơ bản vì giáo viên có thể sẽ giải thích chi tiết cho bạn và chỉ cho bạn cách xử lý mô hình.
Hãy để chúng tôi liệt kê những lý do chính khiến động cơ điện được kết nối đúng cách không hoạt động. Hở mạch, chổi than không tiếp xúc với nửa vòng, làm hỏng cuộn dây phần ứng. Nếu trong hai trường hợp đầu tiên, bạn hoàn toàn có khả năng tự mình xử lý, nếu cuộn dây bị đứt, bạn cần liên hệ với giáo viên. Trước khi bật động cơ, bạn nên đảm bảo rằng phần ứng của nó có thể quay tự do và không có gì cản trở, nếu không khi bật động cơ điện sẽ phát ra tiếng kêu đặc trưng nhưng không quay.
Điều kiện thực hiện nhiệm vụ: Phòng thí nghiệm số 10. Nghiên cứu động cơ điện một chiều (trên mô hình).
Vấn đề từ
Sách giáo khoa vật lý lớp 8, A.V. Rodina
cho năm 1998
Sách bài tập vật lý trực tuyến
cho lớp 8
Công trình phòng thí nghiệm
- con số
10
Nghiên cứu động cơ điện một chiều (trên mô hình).
Mục đích công việc: Làm quen với các bộ phận chính của động cơ điện một chiều bằng mô hình động cơ này.
Đây có lẽ là bài dễ nhất của lớp 8. Bạn chỉ cần nối mô hình động cơ với nguồn điện, xem nó hoạt động như thế nào và ghi nhớ tên các bộ phận chính của động cơ điện (phần ứng, cuộn cảm, chổi than, nửa vòng, cuộn dây, trục).
Động cơ điện mà giáo viên đưa cho bạn có thể giống với động cơ trong hình hoặc có thể có hình dáng khác vì có nhiều lựa chọn cho động cơ điện trường học. Điều này không có tầm quan trọng cơ bản vì giáo viên có thể sẽ giải thích chi tiết cho bạn và chỉ cho bạn cách xử lý mô hình.
Hãy để chúng tôi liệt kê những lý do chính khiến động cơ điện được kết nối đúng cách không hoạt động. Hở mạch, chổi than không tiếp xúc với nửa vòng, làm hỏng cuộn dây phần ứng. Nếu trong hai trường hợp đầu tiên, bạn hoàn toàn có khả năng tự mình xử lý, nếu cuộn dây bị đứt, bạn cần liên hệ với giáo viên. Trước khi bật động cơ, bạn nên đảm bảo rằng phần ứng của nó có thể quay tự do và không có gì cản trở, nếu không khi bật động cơ điện sẽ phát ra tiếng kêu đặc trưng nhưng không quay.
Không biết giải quyết thế nào? Bạn có thể giúp đỡ với một giải pháp? Hãy vào và hỏi.
←Công việc trong phòng thí nghiệm số 9. Lắp ráp một nam châm điện và kiểm tra hoạt động của nó. Công việc trong phòng thí nghiệm số 11. Thu được hình ảnh bằng thấu kính.-
