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

54541. Содержание экономической концепции маржинализма 18 KB
  Маржинализм, как новое экономическое учение, сформировался в 30-х годах XIX в. В научной литературе переоценку устоявшихся почти за двухсотлетнюю историю ценностей классической политэкономии характеризуют как «маржинальную революцию»
54542. Экономический либерализм и направления его исследований 17.37 KB
  Формирования в развитых странах мира основ рыночных экономических отношений повлекло за собой государственное вмешательство в экономическую деятельность, которое являлось основной преградой в приумножении национального богатства и в достижении согласованности во взаимоотношениях хозяйствующих субъектов как на внутреннем
54543. Неоклассическое направление развития экономической теории 17.42 KB
  Создание неоклассического направления связано с работами английского экономиста Альфреда Маршалла (1842–1924). Именно он со своими «Принципами Экономикса» считается основателем англо – американской школы экономической науки, получившей значительное влияние и в других странах
54544. Делимость натуральных чисел 1.71 MB
  Как не выполняя деления определить делится ли данное число на 9 на 3 Работа с карточками У каждого учащегося на парте лежат карточки с числами: 2 3 5 910 Учитель показывает число учащиеся поднимают карточку с его делителями. Задание 1 Проверка: Задание 2 Проверка: Какие числа называются простыми какие составными Назовите простые числа пятого десятка 41; 43; 47 второго десятка 11; 13; 17; 19.
54545. NATURE. ENVIRONMENTAL PROTECTION 69 KB
  The biggest polluter today is the car. Exhaust fumes are the main cause of bad air quality, which can make people feel ill and have difficulty breathing. This problem is especially bad in some cities where on days when there is not much wind, a brown layer of smog hangs in the air. The number of cars is increasing every year, and this causes serious congestion. Governments then build new roads to try to improve the situation, but this means that they cut down trees and destroy more of the countryside.
54546. Nature and Weather 57 KB
  Aims of the lesson. To develop academic communication skills, critical thinking, students’ listening comprehension. To encourage responsible leadership, stimulate research activities using new technologies. To help people to understand the global threats facing our planet and take actions to improve the situation.
54547. Натюрморт. Тоновий малюнок 340 KB
  Мета уроку: продовжувати знайомство з жанром натюрморту; формувати вміння передавати форму об’єм; фактуру предмета працювати над композицією розвивати спостережливість гостроту зору. Під кінець роботи обов’язково розглянути малюнок з певної відстані. Малюнок 1 Малюнок 2 Малюнок 3 Малюнок 4 Малюнок 5 Малюнок 6 Малюнок 7.
54548. Бабусина наука 33 KB
  Щоб ми швидше дістались її дому бабуся нам підказала коротку дорогу. Діти рухаються згідно інструкції Бабуся виходить з хати. Бабуся: Добрий день мої дорогенькі Як я рада вас бачити Ви так виросли Ви ж збираєтесь іти до школи Готові 2. Бабуся: Зараз я перевірю на дошці виставлено 10 тварин та 10 птахів.
54549. ЯК ПИСАТИ НАУКОВУ РОБОТУ З ФІЛОЛОГІЇ 82 KB
  Безумовно сьогоднішній учитель має можливість через інет†знайти вимоги до змісту та оформлення роботи наприклад на сайтах МАНУ та МОНУ: mn. Я маю чималий досвід цієї роботи: 15 моїх учнів захищали наукові роботи усі брали участь у конкурсізахисті обласного рівня лише двоє не отримали призових місць четверо захищали роботи на Всеукраїнському рівні усі мали призові місця два І місця та два ІІІ м. Пропоную до Вашої уваги деякі порадиспостереження що народилися в процесі багаторічної роботи з учнями над науковими дослідженнями....