Prace laboratoryjne→ liczba 10
Badanie silnika elektrycznego prądu stałego (na modelu).
Cel: Zapoznaj się z głównymi częściami silnika elektrycznego prądu stałego na modelu tego silnika.
To chyba najbardziej nieskomplikowana praca dla kursu ósmej klasy. Wystarczy podłączyć model silnika do źródła prądu, zobaczyć, jak działa i zapamiętać nazwy głównych części silnika elektrycznego (zwora, cewka, szczotki, półpierścienie, uzwojenie, wał).
Oferowany przez nauczyciela silnik elektryczny może być podobny do pokazanego na rysunku lub może mieć inny wygląd, ponieważ istnieje wiele opcji szkolnych silników elektrycznych. Nie ma to fundamentalnego znaczenia, ponieważ nauczyciel prawdopodobnie opowie szczegółowo i pokaże, jak obchodzić się z modelem.
Podajemy główne powody, dla których prawidłowo podłączony silnik elektryczny nie działa. Otwarty obwód, brak kontaktu szczotek z półpierścieniami, uszkodzenie uzwojenia twornika. Jeśli w pierwszych dwóch przypadkach jesteś w stanie poradzić sobie sam, w przypadku przerwy w nawijaniu, musisz skontaktować się z nauczycielem. Przed włączeniem silnika upewnij się, że jego zwora może się swobodnie obracać i nic mu nie przeszkadza, w przeciwnym razie po włączeniu silnik elektryczny wyda charakterystyczne brzęczenie, ale nie będzie się obracał.
zbadaj urządzenie Zasada działania, charakterystyka silnika prądu stałego;
zdobyć praktyczne umiejętności uruchamiania, obsługi i zatrzymywania silnika elektrycznego prądu stałego;
eksperymentalnie zbadaj teoretyczne informacje o charakterystyce silnika prądu stałego.
Podstawowe postanowienia teoretyczne
Silnik elektryczny prądu stałego to maszyna elektryczna zaprojektowana do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną.
Urządzenie silnika prądu stałego nie różni się od generatora prądu stałego. Ta okoliczność sprawia, że maszyny elektryczne prądu stałego są odwracalne, to znaczy pozwalają na ich stosowanie zarówno w trybie generatora, jak i silnika. Strukturalnie silnik prądu stałego ma elementy stałe i ruchome, które pokazano na ryc. jeden.
Część stała - stojan 1 (rama) wykonana ze staliwa, składa się z 2 głównych i 3 dodatkowych biegunów z uzwojeniami wzbudzenia 4 i 5 oraz trawers szczotkowy ze szczotkami. Stojan pełni funkcję obwodu magnetycznego. Za pomocą głównych biegunów powstaje stałe w czasie i nieruchome w przestrzeni pole magnetyczne. Dodatkowe bieguny są umieszczane między głównymi biegunami i poprawiają warunki przełączania.
Ruchomą częścią silnika prądu stałego jest wirnik 6 (zwora), który jest umieszczony na obracającym się wale. Zwora pełni również rolę obwodu magnetycznego. Wykonany jest z cienkich, izolowanych elektrycznie od siebie, cienkich blach ze stali elektrotechnicznej o dużej zawartości krzemu, co zmniejsza straty mocy. Uzwojenia 7 są wciskane w rowki twornika, których wyprowadzenia są połączone z płytami kolektora 8, umieszczonymi na tym samym wale silnika (patrz ryc. 1).
Rozważ zasadę działania silnika prądu stałego. Podłączenie stałego napięcia do zacisków maszyny elektrycznej powoduje jednoczesne występowanie w uzwojeniach wzbudzenia (stojan) iw uzwojeniach twornika prądowego (rys. 2). W wyniku oddziaływania prądu twornika ze strumieniem magnetycznym wytworzonym przez uzwojenie pola w stojanie powstaje siła f, określony przez prawo Ampère'a . Kierunek tej siły określa reguła lewej ręki (ryc. 2), zgodnie z którą jest ona zorientowana prostopadle zarówno do prądu i(w uzwojeniu twornika) i do wektora indukcji magnetycznej W(utworzony przez uzwojenie wzbudzenia). W rezultacie na wirnik działa para sił (rys. 2). Siła działa na górną część wirnika po prawej stronie, na dolną część po lewej stronie. Ta para sił wytwarza moment obrotowy, pod działaniem którego zwora jest wprawiana w ruch obrotowy. Okazuje się, że wielkość wyłaniającego się momentu elektromagnetycznego jest równa
M = c m I I F,
gdzie z m - współczynnik zależny od konstrukcji uzwojenia twornika i liczby biegunów silnika elektrycznego; F- strumień magnetyczny jednej pary głównych biegunów silnika elektrycznego; I I - prąd twornika silnika. Jak wynika z ryc. 2, obrotowi uzwojeń twornika towarzyszy jednoczesna zmiana polaryzacji na płytach kolektora. Kierunek prądu w zwojach uzwojenia twornika zmienia się na przeciwny, ale strumień magnetyczny uzwojeń wzbudzenia zachowuje ten sam kierunek, co powoduje, że kierunek sił pozostaje niezmieniony. f, a co za tym idzie moment obrotowy.
Obrót twornika w polu magnetycznym prowadzi do pojawienia się emf w jego uzwojeniu, którego kierunek jest już określony przez regułę prawej ręki. W rezultacie dla tego pokazanego na ryc. 2 konfiguracje pól i sił w uzwojeniu twornika, wystąpi prąd indukcyjny, skierowany przeciwnie do prądu głównego. Dlatego pojawiający się EMF nazywa się Counter-EMF. Jego wartość to
mi = z mi n,
gdzie n- częstotliwość obrotu twornika silnika elektrycznego; z e jest współczynnikiem zależnym od elementów konstrukcyjnych maszyny. Ten EMF obniża wydajność silnika.
Prąd w tworniku wytwarza pole magnetyczne, które wpływa na pole magnetyczne głównych biegunów (stojana), co nazywa się reakcją twornika. W trybie bezczynności maszyny pole magnetyczne wytwarzane jest tylko przez główne bieguny. Pole to jest symetryczne względem osi tych biegunów i współosiowe z nimi. Po podłączeniu do silnika obciążenia, pod wpływem prądu w uzwojeniu twornika, powstaje pole magnetyczne - pole twornika. Oś tego pola będzie prostopadła do osi głównych biegunów. Ponieważ rozkład prądu w przewodach twornika pozostaje niezmieniony podczas obrotu twornika, pole twornika pozostaje nieruchome w przestrzeni. Dodanie tego pola do pola głównych biegunów daje pole wynikowe, które rozwija się pod kątem w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu twornika. W rezultacie moment obrotowy maleje, ponieważ część przewodów wchodzi w strefę bieguna o przeciwnej biegunowości i wytwarza moment hamujący. W tym przypadku szczotki iskrzą i kolektor się pali, powstaje podłużne pole rozmagnesowujące.
W celu zmniejszenia wpływu reakcji twornika na pracę maszyny wbudowane są w nią dodatkowe bieguny. Uzwojenia takich biegunów są połączone szeregowo z głównym uzwojeniem twornika, ale zmiana kierunku uzwojenia w nich powoduje pojawienie się pola magnetycznego skierowanego przeciw polu magnetycznemu twornika.
Aby zmienić kierunek obrotów silnika prądu stałego, konieczna jest zmiana polaryzacji napięcia dostarczanego do twornika lub uzwojenia polowego.
W zależności od sposobu załączania uzwojenia wzbudzenia rozróżnia się silniki prądu stałego o wzbudzeniu równoległym, szeregowym i mieszanym.
W przypadku silników ze wzbudzeniem równoległym uzwojenie jest przystosowane do pełnego napięcia sieci zasilającej i jest połączone równolegle z obwodem twornika (rys. 3).
Silnik ze wzbudzeniem szeregowym ma uzwojenie wzbudzenia, które jest połączone szeregowo z twornikiem, więc to uzwojenie jest przystosowane do pełnego prądu twornika (rys. 4).
Silniki o wzbudzeniu mieszanym mają dwa uzwojenia, jedno połączone równolegle, drugie połączone szeregowo z twornikiem (rys. 5).
Ryż. 3 Rys. 4
Podczas rozruchu silników prądu stałego (niezależnie od sposobu wzbudzenia) przez bezpośrednie podłączenie do sieci zasilającej występują znaczne prądy rozruchowe, które mogą prowadzić do ich awarii. Dzieje się tak w wyniku uwolnienia znacznej ilości ciepła w uzwojeniu twornika i późniejszego naruszenia jego izolacji. Dlatego rozruch silników prądu stałego odbywa się za pomocą specjalnych urządzeń rozruchowych. W większości przypadków do tych celów stosuje się najprostsze urządzenie rozruchowe - reostat rozruchowy. Proces rozruchu silnika prądu stałego z reostatem rozruchowym pokazano na przykładzie silnika prądu stałego ze wzbudzeniem równoległym.
Na podstawie równania opracowanego zgodnie z drugim prawem Kirchhoffa dla lewej strony obwodu elektrycznego (patrz ryc. 3), reostat rozruchowy jest całkowicie usunięty ( R start = 0), prąd twornika
,
gdzie U- napięcie dostarczane do silnika elektrycznego; R i jest rezystancją uzwojenia twornika.
W początkowym momencie rozruchu silnika elektrycznego prędkość twornika n= 0, zatem siła przeciwelektromotoryczna indukowana w uzwojeniu twornika, zgodnie z otrzymanym wcześniej wyrażeniem, będzie również równa zeru ( mi= 0).
Rezystancja uzwojenia twornika R jestem dość mały. W celu ograniczenia niedopuszczalnie dużego prądu w obwodzie twornika podczas rozruchu, reostat rozruchowy włączany jest szeregowo z twornikiem, niezależnie od sposobu wzbudzenia silnika (opór rozruchowy R początek). W takim przypadku prąd rozruchowy twornika
.
Rezystancja początkowa reostatu R start liczony jest do pracy tylko na czas startu i dobierany jest w taki sposób, aby prąd rozruchowy twornika silnika nie przekraczał dopuszczalnej wartości ( I ja, zacznij 2 I ja, nom). Gdy silnik przyspiesza, siła elektromotoryczna indukowana w uzwojeniu twornika z powodu wzrostu częstotliwości jego obrotów n wzrasta ( mi=z mi n). W wyniku tego zmniejsza się prąd twornika, ceteris paribus. W tym przypadku rezystancja wyjściowego reostatu R początek gdy twornik silnika przyspiesza, należy go stopniowo zmniejszać. Po zakończeniu przyspieszania silnika do wartości nominalnej prędkości twornika siła elektromotoryczna wzrasta tak bardzo, że rezystancja rozruchu może zostać zmniejszona do zera, bez niebezpieczeństwa znacznego wzrostu prądu twornika.
Więc początkowy opór R rozruch w obwodzie twornika jest konieczny tylko podczas rozruchu. Podczas normalnej pracy silnika elektrycznego musi być on wyłączony, po pierwsze dlatego, że jest przeznaczony do krótkotrwałej pracy podczas rozruchu, a po drugie, jeśli występuje opór rozruchowy, straty mocy cieplnej równe R początek I 2 I, znacznie zmniejszając sprawność silnika elektrycznego.
.
Biorąc pod uwagę wyrażenie na EMF ( mi=z mi n), zapisując otrzymany wzór na częstotliwość obrotów, otrzymujemy równanie na charakterystykę częstotliwościową (prędkości) silnika elektrycznego n(I I):
.
Wynika z tego, że przy braku obciążenia wału i prądu twornika I I = 0 prędkość silnika przy podana wartość napięcie zasilania
.
Prędkość silnika n 0 to idealna prędkość biegu jałowego. Oprócz parametrów silnika elektrycznego zależy to również od wartości napięcia wejściowego i strumienia magnetycznego. Wraz ze spadkiem strumienia magnetycznego, gdy inne czynniki są równe, prędkość obrotowa idealnej prędkości biegu jałowego wzrasta. Dlatego w przypadku otwartego obwodu uzwojenia wzbudzenia, gdy prąd wzbudzenia staje się równy zero ( I c = 0), strumień magnetyczny silnika zostaje zmniejszony do wartości równej wartości szczątkowego strumienia magnetycznego F reszta. Jednocześnie silnik „wchodzi w nadbieg”, rozwijając prędkość znacznie wyższą od nominalnej, co stwarza pewne zagrożenie zarówno dla silnika, jak i personelu konserwacyjnego.
Charakterystyka częstotliwościowa (prędkości) silnika prądu stałego z równoległym wzbudzeniem n(I i) przy stałej wartości strumienia magnetycznego F=stały i stałą wartość napięcia wejściowego U = const wygląda jak linia prosta (rys. 6).
Wyrażenie w równaniach charakterystyk częstotliwościowych prądu twornika poprzez moment elektromagnetyczny silnika M =z m I I F otrzymujemy równanie charakterystyki mechanicznej, czyli zależności n(M) w U = const dla silników ze wzbudzeniem równoległym:
.
Pomijając wpływ reakcji twornika w procesie zmiany obciążenia, można przyjąć moment elektromagnetyczny silnika jako proporcjonalny do prądu twornika. Dlatego właściwości mechaniczne silników prądu stałego mają taką samą postać, jak odpowiadające im charakterystyki częstotliwościowe. Silnik bocznikowy ma sztywną charakterystykę mechaniczną (rys. 7). Z tej cechy widać, że jego prędkość obrotowa nieznacznie spada wraz ze wzrostem momentu obciążenia, ponieważ prąd wzbudzenia, gdy uzwojenie wzbudzenia jest połączone równolegle, a zatem strumień magnetyczny silnika pozostaje praktycznie niezmieniony, a rezystancja twornika obwód jest stosunkowo mały.
Charakterystyki pracy silnika prądu stałego o wzbudzeniu równoległym pokazano na ryc. 8. Z tych charakterystyk widać, że prędkość obrotowa n silniki z równoległym wzbudzeniem wraz ze wzrostem obciążenia nieznacznie maleją. Zależność użytecznego momentu na wale silnika od mocy R 2 jest prawie prostą linią, ponieważ moment tego silnika jest proporcjonalny do obciążenia na wale: M=kP 2 / n. Krzywizna tej zależności tłumaczy się nieznacznym spadkiem prędkości obrotowej wraz ze wzrostem obciążenia.
Na R 2 = 0 prąd pobierany przez silnik elektryczny jest równy prądowi bez obciążenia. Wraz ze wzrostem mocy prąd twornika wzrasta w przybliżeniu zgodnie z tą samą zależnością, co moment obciążenia na wale, ponieważ pod warunkiem F=stały prąd twornika jest proporcjonalny do momentu obciążenia. Sprawność silnika elektrycznego określa się jako stosunek mocy użytecznej na wale do mocy pobieranej z sieci:
,
gdzie R 2 - użyteczna moc na wale; R 1 =interfejs użytkownika- moc pobierana przez silnik elektryczny z sieci zasilającej; R ej = I 2 ja R i - straty mocy elektrycznej w obwodzie twornika, R ev = interfejs użytkownika w, = I 2 cale R w - straty energii elektrycznej w obwodzie wzbudzenia; R futro - utrata mocy mechanicznej; R m - straty mocy spowodowane histerezą i prądami wirowymi.
Przy stałym napięciu zasilania i stałym strumieniu magnetycznym w procesie zmiany wartości rezystancji obwodu twornika można uzyskać rodzinę charakterystyk mechanicznych np. dla silnika elektrycznego ze wzbudzeniem równoległym (rys. 9).
Zaletą rozpatrywanej metody sterowania jest jej względna prostota oraz możliwość uzyskania płynnej zmiany prędkości obrotowej w szerokim zakresie (od zera do wartości nominalnej częstotliwości n nie m). Do wad tej metody należy zaliczyć znaczne straty mocy w rezystancji dodatkowej, narastające wraz ze spadkiem prędkości, a także konieczność stosowania dodatkowych urządzeń sterujących. Dodatkowo metoda ta nie pozwala na regulację prędkości silnika powyżej jego wartości nominalnej.
Zmiany prędkości obrotowej silnika prądu stałego można również uzyskać w wyniku zmiany wartości wzbudzającego strumienia magnetycznego. Zmieniając strumień magnetyczny zgodnie z równaniem odpowiedzi częstotliwościowej dla silników prądu stałego z równoległym wzbudzeniem przy stałej wartości napięcia zasilania i stałej wartości rezystancji obwodu twornika, można uzyskać rodzinę charakterystyk mechanicznych, pokazaną na ryc. . dziesięć.
Do wad tej metody należy zaliczyć również stosunkowo mały zakres regulacji ze względu na występowanie ograniczeń wytrzymałości mechanicznej i załączania silnika elektrycznego. Zaletą tej metody sterowania jest jej prostota. W przypadku silników z równoległym wzbudzeniem osiąga się to poprzez zmianę rezystancji reostatu regulacyjnego R R w obwodzie wzbudzenia.
W przypadku silników prądu stałego ze wzbudzeniem szeregowym, zmianę strumienia magnetycznego uzyskuje się przez przetoczenie uzwojenia wzbudzenia o odpowiedniej wartości rezystancji lub przez zwarcie określonej liczby zwojów uzwojenia wzbudzenia.
Powszechne zastosowanie, zwłaszcza w napędach elektrycznych zbudowanych w układzie generator-silnik, uzyskało metodę sterowania prędkością poprzez zmianę napięcia na zaciskach twornika silnika. Przy stałym strumieniu magnetycznym i rezystancji obwodu twornika, w wyniku zmiany napięcia twornika, można uzyskać rodzinę charakterystyk częstotliwościowych.
Przy zmianie napięcia wejściowego idealna prędkość biegu jałowego n 0 zgodnie z podanym wcześniej wyrażeniem zmienia się proporcjonalnie do napięcia. Ponieważ rezystancja obwodu twornika pozostaje niezmieniona, sztywność rodziny charakterystyk mechanicznych nie różni się od sztywności naturalnej charakterystyki mechanicznej przy U=U nie m.
Zaletą rozważanego sposobu regulacji jest szeroki zakres zmian prędkości bez zwiększania strat mocy. Wadą tej metody jest to, że wymaga ona źródła o regulowanym napięciu zasilania, a to prowadzi do: wzrost wagi, wymiarów i kosztów instalacji.
Laboratorium nr 9
Podmiot. Badanie silnika prądu stałego.
Cel: zbadać urządzenie i zasadę działania silnika elektrycznego.
Ekwipunek: model silnika elektrycznego, źródło prądu, reostat, klucz, amperomierz, przewody łączące, rysunki, prezentacja.
ZADANIA:
1 . Zapoznaj się z urządzeniem i zasadą działania silnika elektrycznego, korzystając z prezentacji, rysunków i modelu.
2 . Podłącz silnik do źródła zasilania i obserwuj jego działanie. Jeśli silnik nie działa, znajdź przyczynę, spróbuj naprawić problem.
3 . Wskaż dwa główne elementy w urządzeniu silnika elektrycznego.
4 . Na jakim zjawisku fizycznym opiera się działanie silnika elektrycznego?
5 . Zmień kierunek obrotu szkieletu. Zapisz, co należy zrobić.
6. Zmontuj obwód elektryczny, łącząc szeregowo silnik elektryczny, reostat, źródło prądu, amperomierz i klucz. Zmień prąd i obserwuj pracę silnika elektrycznego. Czy zmienia się prędkość obrotowa twornika? Napisz wniosek dotyczący zależności siły działającej po stronie pola magnetycznego na cewkę od natężenia prądu w cewce.
7 . Silniki elektryczne mogą mieć dowolną moc, ponieważ:
A) możesz zmienić aktualną siłę w uzwojeniu twornika;
B) możesz zmienić pole magnetyczne cewki indukcyjnej.
Podaj poprawną odpowiedź:
1) tylko A jest prawdziwe; 2) tylko B jest prawdziwe; 3) zarówno A, jak i B są prawdziwe; 4) zarówno A, jak i B są w błędzie.
8 . Wymień zalety silnika elektrycznego nad silnikiem cieplnym.
Silniki elektryczne to urządzenia, które przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną. Zasada ich działania opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
Jednak metody oddziaływania pól magnetycznych wprawiających w ruch wirnik silnika różnią się znacznie w zależności od rodzaju napięcia zasilającego - AC lub DC.
Zasada działania silnika elektrycznego prądu stałego opiera się na efekcie odpychania tych samych biegunów magnesów trwałych i przyciągania przeciwnych. Priorytetem jego wynalazku jest rosyjski inżynier B.S. Jacobi. Pierwszy przemysłowy model silnika prądu stałego powstał w 1838 roku. Od tego czasu jego konstrukcja nie uległa większym zmianom.
W silnikach prądu stałego o małej mocy jeden z magnesów jest fizycznie obecny. Mocowana jest bezpośrednio do korpusu maszyny. Drugi powstaje w uzwojeniu twornika po podłączeniu do niego źródła prądu stałego. W tym celu stosuje się specjalne urządzenie - zespół kolektor-szczotka. Sam kolektor to przewodzący pierścień przymocowany do wału silnika. Końce uzwojenia twornika są z nim połączone.
Aby wystąpił moment obrotowy, konieczna jest ciągła zamiana biegunów magnesu trwałego twornika. Powinno to nastąpić w momencie przecięcia bieguna przez tzw. neutralny magnetyczny. Strukturalnie problem ten rozwiązuje się poprzez podzielenie pierścienia kolektora na sektory oddzielone płytami dielektrycznymi. Końce uzwojeń twornika są z kolei połączone z nimi.
Do podłączenia kolektora do sieci stosuje się tzw. szczotki - pręty grafitowe o wysokiej przewodności elektrycznej i niskim współczynniku tarcia ślizgowego.Uzwojenia twornika nie są podłączone do sieci, ale są połączone z reostatem rozruchowym za pomocą zespołu kolektor-szczotka. Proces włączania takiego silnika polega na podłączeniu do sieci i stopniowym zmniejszaniu rezystancji czynnej w obwodzie twornika do zera. Silnik elektryczny włącza się płynnie i bez przeciążeń.
Cechy zastosowania silników asynchronicznych w obwodzie jednofazowym
Pomimo tego, że wirujące pole magnetyczne stojana najłatwiej uzyskać z napięcia trójfazowego, zasada działania asynchronicznego silnika elektrycznego pozwala na jego pracę z jednofazowej sieci domowej, w przypadku wprowadzenia zmian w ich projekt.
Aby to zrobić, stojan musi mieć dwa uzwojenia, z których jedno jest „rozruchem”. Prąd w nim jest przesunięty w fazie o 90 ° z powodu włączenia obciążenia reaktywnego do obwodu. Najczęściej do tego
Niemal pełna synchronizacja pól magnetycznych pozwala silnikowi nabrać rozpędu nawet przy znacznym obciążeniu wału, co jest wymagane do pracy wiertarek, młotowiertarek, odkurzaczy, szlifierek czy polerek.
Jeżeli w obwód zasilania takiego silnika włączony jest regulowany, to jego prędkość obrotową można płynnie zmieniać. A oto kierunek, gdy jest zasilany z obwodu prąd przemienny, nigdy nie można zmienić.
Takie silniki elektryczne są zdolne do rozwijania bardzo dużych prędkości, są kompaktowe i mają duży moment obrotowy. Jednak obecność zespołu kolektor-szczotka zmniejsza ich zasoby silnikowe - szczotki grafitowe zużywają się dość szybko przy dużych prędkościach, zwłaszcza jeśli kolektor jest uszkodzony mechanicznie.Silniki elektryczne mają najwyższą sprawność (ponad 80%) spośród wszystkich urządzeń stworzonych przez człowieka. Ich wynalazek pod koniec XIX wieku można uznać za skok jakościowy cywilizacyjny, gdyż bez nich nie sposób wyobrazić sobie życia współczesnego społeczeństwa opartego na wysokie technologie i nie wynaleziono jeszcze czegoś bardziej skutecznego.
Synchroniczna zasada działania silnika elektrycznego na wideo
Silnik elektryczny to urządzenie elektryczne do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Obecnie silniki elektryczne są szeroko stosowane w przemyśle do napędzania różnych maszyn i mechanizmów. W gospodarstwie domowym są instalowane w pralka, lodówka, sokowirówka, robot kuchenny, wentylatory, golarki elektryczne itp. Silniki elektryczne wprawiają w ruch urządzenia i mechanizmy z nimi połączone.
W tym artykule omówię najczęstsze rodzaje i zasady działania silników elektrycznych prądu przemiennego, szeroko stosowanych w garażu, gospodarstwie domowym czy warsztacie.
Jak działa silnik elektryczny
Silnik działa w oparciu o efekt odkryty przez Michaela Faradaya w 1821 roku. Dokonał odkrycia, że podczas interakcji prąd elektryczny w przewodniku i magnesie może wystąpić ciągły obrót.
Jeśli w jednolitym polu magnetycznym umieść ramę w pozycji pionowej i przepuść przez nią prąd, wówczas wokół przewodnika powstanie pole elektromagnetyczne, które będzie oddziaływać z biegunami magnesów. Rama będzie odpychana od jednego i przyciągana do drugiego.
W rezultacie rama obróci się do pozycji poziomej, w której nie będzie żadnego wpływu pola magnetycznego na przewodnik. Aby obrót był kontynuowany, musisz dodać kolejną klatkę pod kątem lub zmienić kierunek prądu w klatce we właściwym czasie.
Na rysunku odbywa się to za pomocą dwóch półpierścieni, do których przylegają płytki stykowe z akumulatora. W rezultacie po zakończeniu półobrotu polaryzacja zmienia się i obrót jest kontynuowany.
W nowoczesnych silnikach elektrycznych zamiast magnesów trwałych do wytworzenia pola magnetycznego stosuje się cewki indukcyjne lub elektromagnesy. Jeśli zdemontujesz jakikolwiek silnik, zobaczysz zwinięte zwoje drutu pokryte lakierem izolacyjnym. Te zwoje to elektromagnes lub, jak się je nazywa, uzwojenie wzbudzenia.
W domu magnesy trwałe są stosowane w zabawkach dla dzieci na baterie.
W innych mocniejszych silniki wykorzystują wyłącznie elektromagnesy lub uzwojenia. Część obrotowa z nimi nazywana jest wirnikiem, a część nieruchoma nazywana jest stojanem.
Rodzaje silników elektrycznych
Obecnie istnieje wiele silników elektrycznych o różnych konstrukcjach i typach. Można je podzielić według rodzaju zasilacza:
- Prąd przemienny działający bezpośrednio z sieci.
- Prąd stały zasilanych bateriami, bateriami, zasilaczami lub innymi źródłami prądu stałego.
Zgodnie z zasadą pracy:
- Synchroniczny, w którym znajdują się uzwojenia na wirniku i mechanizm szczotkowy do dostarczania do nich prądu elektrycznego.
- Asynchroniczny, najprostszy i najczęstszy typ silnika. Nie posiadają szczotek i uzwojeń na rotorze.
Silnik synchroniczny obraca się synchronicznie z polem magnetycznym, które go obraca, podczas gdy w przypadku silnika asynchronicznego wirnik obraca się wolniej niż wirujące pole magnetyczne w stojanie.
Zasada działania i urządzenie asynchronicznego silnika elektrycznego
W pakiecie asynchronicznym silnik, układane są uzwojenia stojana (dla 380 woltów będą ich 3), które wytwarzają wirujące pole magnetyczne. Ich końce do podłączenia są wyprowadzone do specjalnej listwy zaciskowej. Uzwojenia są chłodzone dzięki wentylatorowi zamontowanemu na wale na końcu silnika.
Wirnik, które stanowią jedno z wałem, wykonane są z metalowych prętów, które są ze sobą zwarte z obu stron, dlatego nazywa się to zwarciem.
Dzięki takiej konstrukcji nie ma potrzeby częstej okresowej konserwacji i wymiany szczotek zasilających prąd, znacznie wzrasta niezawodność, trwałość i niezawodność.
Zazwyczaj, główna przyczyna niepowodzenia silnik asynchroniczny to zużycie łożysk, w których obraca się wał.
Zasada działania. Aby silnik asynchroniczny działał, konieczne jest, aby wirnik obracał się wolniej niż pole elektromagnetyczne stojana, w wyniku czego w wirniku indukowana jest siła elektromotoryczna (występuje prąd elektryczny). Oto ważny warunek, jeśli wirnik obraca się z taką samą prędkością, jak pole magnetyczne, to zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej nie zostanie w nim zaindukowany żaden EMF, a zatem nie będzie rotacji. Ale w rzeczywistości, z powodu tarcia łożyska lub obciążenia wału, wirnik zawsze obraca się wolniej.
Bieguny magnetyczne stale się obracają w uzwojeniach silnika, a kierunek prądu w wirniku stale się zmienia. Na przykład w pewnym momencie kierunek prądów w uzwojeniach stojana i wirnika jest przedstawiony schematycznie w postaci krzyżyków (prąd płynie od nas) i kropek (prąd do nas). Wirujące pole magnetyczne pokazano linią przerywaną.
Na przykład, jak działa piła tarczowa. Ma największą prędkość bez obciążenia. Ale gdy tylko zaczniemy ciąć deskę, prędkość obrotowa maleje, a jednocześnie wirnik zaczyna się wolniej obracać w stosunku do pola elektromagnetycznego i zgodnie z prawami elektrotechniki zaczyna indukować więcej większy EMF. Prąd pobierany przez silnik wzrasta i zaczyna pracować dalej pełna moc. Jeżeli obciążenie na wale jest tak duże, że zatrzymuje się, może dojść do uszkodzenia wirnika klatkowego z powodu maksymalnej wartości indukowanej w nim siły elektromotorycznej. Dlatego tak ważny jest dobór silnika o odpowiedniej mocy. Jeśli weźmiesz więcej, koszty energii będą nieuzasadnione.
Prędkość wirnika zależy od liczby biegunów. Przy 2 biegunach prędkość obrotowa będzie równa prędkości obrotowej pola magnetycznego, równej maksymalnie 3000 obrotów na sekundę przy częstotliwości sieciowej 50 Hz. Aby zmniejszyć prędkość o połowę, konieczne jest zwiększenie liczby biegunów w stojanie do czterech.
Znacząca wada asynchronicznego silniki polegają na tym, że są one obsługiwane przez regulację prędkości obrotowej wału tylko poprzez zmianę częstotliwości prądu elektrycznego. I tak nie jest możliwe osiągnięcie stałej prędkości wału.
Zasada działania i urządzenie synchronicznego silnika prądu przemiennego
Ten typ silnika elektrycznego jest używany w życiu codziennym, gdzie wymagana jest stała prędkość obrotowa, możliwość jej regulacji, a także gdy wymagana jest prędkość obrotowa większa niż 3000 obr./min (jest to maksimum dla asynchronicznego).
Silniki synchroniczne montowane są w elektronarzędziach, odkurzaczach, pralkach itp.
W przypadku synchronicznego Uzwojenia silnika prądu przemiennego znajdują się (3 na rysunku), które są również nawinięte na wirnik lub twornik (1). Ich wyprowadzenia są przylutowane do sektorów pierścienia ślizgowego lub kolektora (5), które są zasilane za pomocą szczotek grafitowych (4). Co więcej, wnioski są tak ułożone, że szczotki zawsze dostarczają napięcie tylko do jednej pary.
Bardzo częste awarie silniki kolektorów to:
- Zużycie szczotek lub ich słaby kontakt z powodu osłabienia sprężyny zaciskowej.
- Zanieczyszczenia kolektora. Wyczyść alkoholem lub papierem ściernym zerowym.
- Zużycie łożysk.
Zasada działania. Moment obrotowy w silniku elektrycznym powstaje w wyniku oddziaływania prądu twornika i strumienia magnetycznego w uzwojeniu pola. Wraz ze zmianą kierunku prądu przemiennego kierunek strumienia magnetycznego zmieni się również jednocześnie w korpusie i zbroi, dzięki czemu obrót będzie zawsze przebiegał w tym samym kierunku.
