6860

Визначення механічних характеристик електричних двигунів

Лабораторная работа

Физика

Визначення механічних характеристик електричних двигунів Мета роботи: визначення залежностей частоти обертання ротору електродвигуна та його механічної потужності від моменту, який розвиває двигун Електродвигуни постійного струму...

Украинкский

2013-01-08

3.09 MB

6 чел.

Визначення механічних характеристик електричних двигунів

 Мета роботи:

визначення залежностей частоти обертання ротору електродвигуна та його механічної потужності від моменту, який розвиває двигун

1.  Електродвигуни постійного струму.

 Принцип дії та конструкції двигунів постійного струму.

Робота всіх електродвигунів побудована на принципі взаємодії провідника, у якому тече струм, із магнітним полем.

 

     

    

     Рис. 1. Схема двигуна                    Рис. 2. Конструкція двигуна постійного струму:

                     постійного струму                  1 – підшипник; 2 – бандаж ротора; 3 – передня кришка; 4 – корпус; 5 – сердеч-

                                                                                  ник полюса; 6 – вал; 7, 9 – обмотка ротора; 8 – сердечник ротора; 10 – обмотка     

                                                                                  збудження; 11 – ізолятор ротора; 12 – пластина колектора; 13 – кільце колекто-

                                                                                  ра; 14 – тримач щітки; 15 – задня кришка

      

                 

        Схема двигуна постійного струму наведена на рис. 22.2. Магнітне поле створюють у корпусі двигуна (статорі) за допомогою постійних магнітів 1, 4 чи котушок електро-магнітів. На циліндричному роторі 2 розміщують паралельно його осі провідники 3 (вони створюють замкнену петлю), у які підводять струм від джерела живлення за допомогою контактних пластин колектора 6 та контактуючих з ними щіток 5, 7 (у  реальній конструкції провідники розташовують по всій поверхні ротора, чи виконують у вигляді його обмоток).

 Конструкція двигуна з електромагнітними обмотками полюсів на статорі наведена на рис. 2.

Магнітопроводи виконують з матеріалів, що мають високу магнітну проник-ливість та набирають із тонких штампованих пластин (останнє зменшує збитки від вихрових струмів). Обмотки ротора укладають у пази на ньому та закріплюють бандажами; кінці обмоток підключають до контактних пластин, що знаходяться у прорізях на поверхні циліндричного   колектора. Т. зв. щітки, що контактують з пласти-нами колектора, пресують з графіту чи вугілля (з домішкою порошка міді) та закріплюють у спеціальних тримачах.  

 Полюси магнітів на статорі для двигунів відносно малої потужності виконують з постійних магнітів, що зменшує витрати електричної енергії від джерела живлення. Конструкція такого двигуна - на рис. 3.

          

 У електроприводах ССДК застосовують також мікродвигуни із порожнистим малоінерційним ротором (рис. 4).

   

 

Магнітний потік у статорі створюється обмоткою збудження чи постійними магнітами, а ротор являє собою порожнистий стакан, стінки якого знаходяться між полюсами статора та внутрішнім нерухомим феромагнітним сердечником (останнім може бути постійний магніт циліндричної форми). Обмотки ротора розміщують на його поверхні та заливають епоксидною смолою. Індуктивність плоских обмоток незначна,  тому суттєво збільшуються моменти, що розвиває двигун у перехідних режимах; також зменшується момент інерції ротора. Завдяки всьому тому швидкодія електропривода значно підвищується.

Техніка друкованого монтажу дозволяє обмотки ротора виконати друкованими провідниками. Циліндричний порожнистий ротор мікродвигуна із друкованою обмоткою представлений на рис. 5; обмотка нанесена хімічним способом на зовнішню та внутрішню поверхні пластмасового циліндру, кінці її приєднані до колектора. Всередині ротора знаходиться циліндричний постійний магніт, який разом із магнітами статора створює магнітне поле, у якому знаходяться провідники ротора; при роботі двигуна цей магніт повинен бути нерухомим, тому він встановлений на валу на підшипниках.

       

 

 Перевагами двигунів з друкованими обмотками є малий момент інерції ротора, мала індуктивність обмоток, внаслідок якої суттево зростають моменти, що розвиває двигун у перехідних режимах – все це значно підвищує швидкодію приводу.

 

           Механічні характеристики та електричні схеми двигунів.

Частота обертання  n ротора двигуна залежить від навантаження його зовнішнім моментом – це перша механічна характеристика двигуна  n = f1 (T), вона визначає роботу двигуна у ССДК. Для визначення витрат потужності N від джерела живлення застосовують другу механічну характеристику – залежність  N = f2 (n) .  

Характеристики двигунів постійного струму визначаються  способами живлення системи збудження магнітного поля у статорі: з незалежним, паралельним, послідов-ним, змішаним збудженням та з постійними магнітами (рис. 6).

                            

                                                                                            

          Рис. 6. Схеми двигунів постійного струму:                    Рис. 7. Механічні характеристики             

       а – з паралельним, б – послідовним, в – змішаним збудженням;                     двигунів постій ного струму:

                         г – з постійними магнітами                                        1 з паралельним збудженням;  2 – з послідовним;

                                                                                                                                                              3 – із змішаним збудженням

                                                                                                         

 Механічні характеристики двигунів з незалежним, паралельним збудженням та з постіними магнітами – т.зв. “жорсткі” (рис. 7), тобто частота обертання ротору практично не змінюється при зміні зовнішнього моменту навантаження; вона лінійно залежить тільки від струму, що протікає через ротор. Такі двигуни найкраще підходять для приводів ССДК, положення вихідної ланки яких повинно слідкувати за зміною керуючого сигналу, а також для приводів з постійною швидкістю переміщення цієї ланки (останній випадок – для приводів магнітної стрічки магнітофонів).

          Двигуни послідовного струму з характеристикою типу 2 (т.зв. “м’якою”) підхо-дять  для приводів,  де частота обертання із збільшенням моменту повинна зменшу-ватися. Наприклад, у магнітофонах така характеристика потрібна для приводів вузлів намотування стрічки: при її постійних лінійній швидкості та  силі натяжіння із зростанням радіусу стрічки на котушці росте й момент на ній, а кутова швидкість валу зменшується.

   При значному зменшенні моменту навантаження двигуна послідовного збудження частота обертання зростає і може  досягнути  загрозливого значення для міцності кон-струкції, і якщо таке зменшення моменту можливе, застосовують двигуни із змішаним збудженням (характеристика типу 3).

 

2. Експериментальне визначення механічних характеристик

електродвигуна постійного струму

         2.1. Методика визначення характеристик

         Якщо ротор двигуна навантажувати моментами та заміряти частоту обертання, можливо одержати першу механічну характеристику  у вигляді функції  n = f1 (T).  Друга – функція  N = f2 (n), може бути знайдена через залежність N = Т , де   кутова швидкість ротора (рад/с), але перед тим необхідно перетворити першу характеристику до вигляду  Т =  ().  

 

          2.2. Схема експериментальної установки наведена на рис. 8.

     

ватися (без навантаження вона дорівнює швидкості холостого ходу омакси-мальній ). Якщо швидкість ротора встановилась та не змінюється, момент Тд, що розвиває двигун, дорівнює гальмувальному Т.

         Необхідно визначити момент Т = 0,5Dт Fпр , де Dт –  діаметр гальмувального диску 3 (замірюють штангенциркулем); Fпр – сила вимірювальної пружини 7, яку необхідно розрахувати за формулою

де  G = 7,8104 МПа – модуль пружності другого роду для сталі; d – діаметр дроту, мм, із якого виготовлена пружина; c = Dср /d – індекс пружини, Dср – середній іі діаметр, мм; f – деформація пружини під дією сили Fпр , мм; nв – число витків пружини.

   Кутову швидкість ротора  визначають за допомогою амперметра 10, який вимірює струм через ротор, а цей струм пропорційний . Частоту обертання ротора можливо розрахувати за формулою  n = (3 – 0,75I ) 103 об/хв,  де І – струм, який фіксує амперметр 10.

      2.3. Проведення експерименту:

  •  за допомогою регулювальної гайки 5 відводять диск 3 від диску 2; вмикають живлення двигуна; визначають частоту ротора о ;
  •  поступово, гайкою 5 починають притискати диски один до одного; коли швидкість обертання встановлюється, фіксують деформацію пружини  f  та показники амперметра – струм І (кількість таких експериментальних точок бажано одержати якомога більше).

          Якщо навантажувальний момент перевищує максимально допустимий, система блокування вимикає мережу живлення двигуна. 

          Необхідно відвести диски від контактування один із одним та повторити експеримент.

                 3. Обробка результатів експерименту

3.1. Одержання регресійних залежностей методом найменших квадратів. Якщо є серія експериментальних точок – пари  хіуі , їх взаємозв’язок – регресію – одержу-ють, виходячи із умови, що сума квадратів відхилень експериментальних даних від теоретичної функції  у = f (x) повинна бути мінімальною:

          Найчастіше намагаються регресію одержати у вигляді лінійної функції :

f (x) = ax + b , для якої  

          Коефіцієнти лінійної регресії можна одержати з формул:

де  mкількість пар експериментальних точок.

Обробка методом найменших квадратів може бути проведена за допомогою інженерних мікрокалькуляторів, які мають “вбудовані” програми статистичної обробки результатів (наприклад, CASIO fx-350ES),  чи у  Mathcad’і .

3.2. Визначення характеристики  n = f1(T). Значення моментів Ті  та  частот обер- тання пі   пари експериментальних точок – обробляють методом найменших квадратів й одержують лінійні функції  n = aT + b та Т = a1 + b1 , кожна із яких може вважатися першою механічною характеристикою двигуна.

3.3. Визначення характеристики  N = f2 (n). Функцію Т = a1 + b1 необхідно підставити у вираз потужності  N = Т , що дає характеристику N = (a1 + b1) – нелінійну другу механічну характеристику двигуна.

 

4. Оформлення звіту із лабораторної роботи.

У звіті необхідно навести протокол первинних вимірювань параметрів:  деформації вимірювальної пружини  fі – відповідні показники амперметра  Іі ; на основі цих вимірювань одержані перерахунком значення  Тіnі  (момент – частота обертання ротора); розраховані значення  Nіnі  (потужність – частота обертання).

Обидві механічні характеристики зобразити у вигляді діаграм, на які нанести експериментальні точки та теоретичні залежності  n = f1 (T) та  N = f2 (n) .

Література

           1. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. Изд. переработанное. – М.: Наука, 1980.

           2. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины и микромашины. Учебник для вузов/Д.Э. Брускин, А.Е. Зорохович, В.С. Хвостов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1981.

3. Рощин Г.И. Несущие конструкции и механизмы РЭА: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1981.

4. Уваров Б.М.  Механіка: Навчальний посібник. – Київ: ВМУРоЛ „УКРАЇНА”, 2006.

PAGE  5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83893. Техника выполнения резекции тонкой кишки. Анастомоз по типу «конец в конец» 49.79 KB
  Техника выполнения резекции тонкой кишки Мобилизация резецируемого участка перевязка сосудов и пересечение брыжейки удаляемого сегмента. В зависимости от способа мобилизации выделяют прямую и клиновидную резекции тонкой кишки. Резекция кишки наложение эластических и раздавливающих кишечных зажимов по линии предполагаемого разреза в косом направлении для наложения энтероанастомоза конец в конец и рассечение органа между ними удаляя больше тканей на свободном противобрыжеечном крае кишки в настоящее время для уменьшения...
83894. Техника выполнения резекции тонкой кишки. Анастомоз по типу «бок в бок» 50.15 KB
  Техника выполнения резекции тонкой кишки. В зависимости от способа мобилизации выделяют прямую и клиновидную резекции тонкой кишки.Резекция кишки наложение эластических и раздавливающих кишечных зажимов по линии предполагаемого разреза в косом направлении для наложения энтероанастомоза конец в конец и рассечение органа между ними удаляя больше тканей на свободном противобрыжеечном крае кишки в настоящее время для уменьшения травматизации кишки зажимы не применяются а используются швыдержачки.
83895. Хирургическая анатомия тонкой кишки. Отделы, особенности кровоснабжения. Брыжеечные синусы 52 KB
  Отделы тонкой кишки: двенадцатиперстная кишка рассматривалась выше; тощая кишка; подвздошная кишка. Между листками брюшины по мезентериальному краю выделяют так называемое внебрюшинное поле re nud вдоль которого в стенку кишки вступают прямые артерии а из нее выходят прямые вены и экс траорганные лимфатические сосуды. Скелетотопия: корень брыжейки тонкой кишки начинается от L2 позвонка и опускается слева направо до крестцово подвздошного сустава пересекая горизонтальную часть двенадцатиперстной кишки аорту нижнюю полую вену...
83896. Хирургическая анатомия толстой кишки. Отделы, кровоснабжение, венозный отток. Боковые каналы 50.73 KB
  Отделы толстой кишки: Слепая кишка Восходящая ободочная кишка Правый изгиб ободочной кишки Поперечная ободочная кишка Левый изгиб ободочной кишки Нисходящая ободочная кишка Сигмовидная ободочная кишка Прямая кишка Кровоснабжение ободочной кишки осуществляется верхней и нижней брыжеечными артериями. Ветви верхней брыжеечной артерии: Подвздошноободочная артерия отдает ветви к терминальному отделу подвздошной кишки червеобразному отростку передние и задние слепокишечные артерии и восходящую артерию кровоснабжающую начальную...
83897. Хирургическая анатомия слепой кишки. Техника выполнения аппендэктомии при ретроперитонеальном расположении червеобразного отростка 50.91 KB
  Техника выполнения аппендэктомии при ретроперитонеальном расположении червеобразного отростка. Червеобразный отросток Варианты положения периферической части отростка нисходящее верхушка отростка обращена вниз и влево и достигает пограничной линии а иногда опускается в малый таз наиболее частый вариант; медиальное вдоль концевого отдела подвздошной кишки; латеральное в правом боковом канале; восходящее вдоль передней стенки слепой кишки; ретроцекальное и ретроперитонеальное в забрюшинной клетчатке. Проекция основания отростка...
83898. Аппендэктомия. Доступ, техника выполнения, особенности операции при перитоните и гангренозном аппендиците 53.03 KB
  Аппендэктомия ppendectomi удаление червеобразного отростка. Показания: острые или хронические воспалительные изменения червеобразного отростка доброкачественные и злокачественные его новообразования. Оперативный прием При пересечении брыжейки отростка порциями со стороны свободного ее конца накладывают кровоостанавливающий зажим ближе к основанию пересекают брыжейку над зажимом после чего часть брыжейки под зажимом прошивают лигатуру завязывают. Культя отростка погружается в кисет.
83899. Ретроградная аппендэктомия. Доступ, показания, техника выполнения, опасности и профилактика осложнений 46.28 KB
  Показания: спаечный процесс в области червеобразного отростка ретроцекальное или ретроперитонеальное его положение невозможно вывести отросток в рану. Технические приемы: Отыскивание начального отдела слепой кишки и отростка. Проделывание окна в брыжейке отростка у его основания перевязка отростка. Пересечение отростка погружение культи в стенку слепой кишки по описанному выше способу.
83900. Хирургическое лечение рака толстой кишки 49.17 KB
  Радикальное иссечение опухоли тослтой кишки вместе с соответствующей частью брыжейки с сосудами и сопровождающими лимфатическими сосудами и узлами является наиболее подходящей операцией для локального устранения опухоли. Виды резекции толстой кишки в зависимости от локализации патологического процесса: Правосторонняя гемиколэктомия удаление всей правой половины толстой кишки захватывая 1015 см конечного отрезка подвздошной кишки слепую восходящую ободочную правый изгиб и правую треть поперечной ободочной кишки с последующим наложением...
83901. Операция Гартмана. Показания, техника выполнения 50.66 KB
  Операция заключается в одномоментной резекции пораженного отрезка сигмовидной ободочной и части прямой кишки с наложением одноствольного противоестественного заднего прохода. Показания: операция показана у ослабленных и пожилых больных при раке сигмовидной ободочной кишки или ректосигмоидного отдела осложненном непроходимостью или перфорацией а также при завороте сигмовидной ободочной кишки с гангреной ее и перитонитом. После ревизии брюшной полости производят мобилизацию сигмовидной ободочной кишки а при раке ректосигмовидного отдела...