Travail de laboratoire numéro 9 étude d'un moteur électrique. Vérification des devoirs. Comment fonctionne un moteur électrique ?

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Dans les images, déterminez le sens de la force Ampère, le sens du courant dans le conducteur, le sens des lignes champ magnétique, pôles magnétiques. N S F = 0 Rappelons-le.

Travaux de laboratoire#11 Étude moteur électrique CC(sur modèle). Objectif du travail : se familiariser avec un modèle de moteur électrique à courant continu avec sa structure et son fonctionnement. Instruments et matériels : modèle de moteur électrique, source de laboratoire alimentation, clé, fils de connexion.

Règles de sécurité. Il ne devrait pas y en avoir sur la table objets étrangers. Attention! Courant électrique ! L'isolation des conducteurs ne doit pas être endommagée. N'allumez pas le circuit sans l'autorisation du professeur. Ne touchez pas les parties rotatives du moteur électrique avec vos mains. Cheveux longs doivent être retirés afin qu'ils ne tombent pas dans les parties rotatives du moteur. Après avoir terminé les travaux lieu de travail remettre en ordre, ouvrir le circuit et démonter.

L'ordre des travaux. 1. Considérez le modèle du moteur électrique. Indiquez ses principales parties dans la figure 1. 1 2 3 Fig.1 4 5 1 - __________________________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - __________________________________________

2.Collecter circuit électrique, composé d'une source de courant, d'un modèle de moteur électrique, d'une clé, connectant le tout en série. Dessinez un schéma du circuit.

3. Faites tourner le moteur. Si le moteur ne fonctionne pas, recherchez les raisons et éliminez-les. 4. Changez le sens du courant dans le circuit. Observez la rotation de la partie mobile du moteur électrique. 5. Tirez une conclusion.

Littérature : 1. Physique. 8ème année : études. pour l'enseignement général institutions/A.V. Peryshkin - 4e éd., finalisé - M. : Outarde, 2008. 2 . Physique. 8ème année : études. Pour l'enseignement général institutions / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya - 2e éd., stéréotype - M. : Outarde, 2008. 3. Travaux de laboratoire et tâches de contrôle en physique : Cahier pour les élèves de 8e - Saratov : Lyceum, 2009. 4. Cahier pour les travaux de laboratoire. Sarahman I.D. Établissement d'enseignement municipal école secondaire n° 8 à Mozdoka, Ossétie du Nord-Alanie. 5. Travaux de laboratoire à l'école et à la maison : mécanique / V.F. Shilov.-M. : Education, 2007. 6. Recueil de problèmes de physique. 7e à 9e années : un manuel pour les élèves de l'enseignement général. institutions / V.I. Loukashik, E.V. Ivanova.-24e éd.-M. : Éducation, 2010.

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Travail de laboratoire n°11

(sur modèle)

But du travail

Appareils et matériaux

Avancement des travaux.

Travail de laboratoire n°11

Étudier le moteur électrique à courant continu

(sur modèle)

But du travail : familiarisez-vous avec un modèle de moteur électrique à courant continu avec sa structure et son fonctionnement.

Appareils et matériaux: modèle de moteur électrique, alimentation de laboratoire, clé, fils de liaison.

Règles de sécurité.

Il ne doit y avoir aucun objet étranger sur la table. Attention! Courant électrique ! L'isolation des conducteurs ne doit pas être endommagée. N'allumez pas le circuit sans l'autorisation du professeur. Ne touchez pas les parties rotatives du moteur électrique avec vos mains.

Tâches et questions pratiques

1. Sur quel phénomène physique l’action d’un moteur électrique est-elle basée ?

2.Quels sont les avantages des moteurs électriques par rapport aux moteurs thermiques ?

3. Où sont utilisés les moteurs électriques à courant continu ?

Avancement des travaux.

1. Considérez le modèle du moteur électrique. Indiquez ses principales parties dans la figure 1.

2. Assemblez un circuit électrique composé d'une source de courant, d'un modèle de moteur électrique, d'une clé, en connectant le tout en série. Dessinez un schéma du circuit.

Figure 1

Tirez une conclusion.

3. Faites tourner le moteur. Si le moteur ne fonctionne pas, recherchez les raisons et éliminez-les.

4. Changez le sens du courant dans le circuit. Observez la rotation de la partie mobile du moteur électrique.

Figure 1

Tout moteur électrique est conçu pour fonctionner travail mécanique en raison de la consommation d'électricité qui lui est appliquée, qui est généralement convertie en mouvement de rotation. Bien qu'en technologie, il existe des modèles qui créent immédiatement un mouvement de translation du corps de travail. On les appelle moteurs linéaires.

Dans les installations industrielles, les moteurs électriques entraînent diverses machines et dispositifs mécaniques impliqués dans le processus de production technologique.

À l'intérieur appareils électroménagers les moteurs électriques fonctionnent dans machines à laver, aspirateurs, ordinateurs, sèche-cheveux, jouets pour enfants, montres et bien d'autres appareils.

Basique processus physiques et principe de fonctionnement

Sur ceux qui bougent à l'intérieur charges électriques, appelés courant électrique, agit toujours force mécanique, tendant à dévier leur direction dans un plan situé perpendiculairement à l'orientation des lignes de champ magnétique. Quand courant électrique traverse conducteur métallique ou une bobine constituée de celui-ci, alors cette force a tendance à déplacer/faire tourner chaque conducteur porteur de courant et l'ensemble de l'enroulement dans son ensemble.

L'image ci-dessous montre un cadre métallique à travers lequel circule le courant. Le champ magnétique qui lui est appliqué crée une force F pour chaque branche du cadre, créant un mouvement de rotation.

C'est la propriété de l'interaction de l'énergie électrique et magnétique basée sur la création force électromotrice dans un circuit fermé porteur de courant est nécessaire au fonctionnement de tout moteur électrique. Sa conception comprend :

enroulement à travers lequel circule le courant électrique. Il est placé sur un noyau d'ancrage spécial et fixé dans des roulements de rotation pour réduire la réaction des forces de friction. Cette structure est appelée rotor ;

un stator qui crée un champ magnétique qui, avec ses lignes de force, pénètre dans les charges électriques traversant les spires de l'enroulement du rotor ;

boîtier pour loger le stator. Des douilles de montage spéciales sont réalisées à l'intérieur du boîtier, à l'intérieur desquelles sont montées les bagues extérieures des roulements du rotor.

Une conception simplifiée du moteur électrique le plus simple peut être représentée par une image le type suivant.

Lorsque le rotor tourne, un couple est créé dont la puissance dépend de la conception générale de l'appareil, de la quantité d'énergie électrique appliquée et de ses pertes lors des transformations.

La puissance de couple maximale possible du moteur est toujours inférieure à l'énergie électrique qui lui est appliquée. Il se caractérise par l'ampleur du facteur d'efficacité.

Types de moteurs électriques

En fonction du type de courant circulant dans les enroulements, ils sont divisés en moteurs à courant continu ou à courant continu. CA. Chacun de ces deux groupes connaît un grand nombre de modifications utilisant des procédés technologiques différents.

Moteurs à courant continu

Leur champ magnétique statorique est créé par des électro-aimants montés en permanence ou spéciaux avec des enroulements de champ. L'enroulement d'induit est monté rigidement dans l'arbre, qui est fixé dans des roulements et peut tourner librement autour de son propre axe.

La structure de base d'un tel moteur est représentée sur la figure.

Sur le noyau d'induit en matériaux ferromagnétiques se trouve un enroulement composé de deux parties connectées en série, qui sont reliées à une extrémité aux plaques collectrices conductrices de courant et les autres sont reliées entre elles. Deux balais en graphite sont situés aux extrémités diamétralement opposées de l'armature et sont pressés contre les plages de contact des plaques de collecteur.

Un potentiel positif est appliqué au pinceau inférieur du motif source permanente courant, et en haut - négatif. La direction du courant circulant dans l’enroulement est indiquée par une flèche rouge en pointillés.

Le courant provoque un champ magnétique du pôle nord dans la partie inférieure gauche de l'armature, et d'un pôle sud en haut à droite (règle de la vrille). Cela conduit à la répulsion des pôles du rotor depuis les pôles fixes similaires et à une attraction vers les pôles différents du stator. À la suite de la force appliquée, un mouvement de rotation se produit dont la direction est indiquée par la flèche brune.

Avec une rotation supplémentaire de l'induit, par inertie, les pôles se déplacent vers d'autres plaques collectrices. La direction du courant en eux change à l'opposé. Le rotor continue de tourner davantage.

La conception simple d'un tel dispositif collecteur entraîne d'importantes pertes d'énergie électrique. De tels moteurs fonctionnent dans des appareils simples ou des jouets pour enfants.

Les moteurs électriques à courant continu impliqués dans le processus de production ont une conception plus complexe :

le bobinage est sectionné non pas en deux, mais en plus parties;

chaque section d'enroulement est montée sur son propre pôle ;

dispositif collecteur terminé un certain montant plages de contact par le nombre de sections d'enroulement.

En conséquence, une connexion fluide de chaque pôle via ses plaques de contact aux balais et à la source de courant est créée, et les pertes électriques sont réduites.

Le dispositif d'une telle ancre est montré sur l'image.

Pour les moteurs électriques à courant continu, le sens de rotation du rotor peut être inversé. Pour ce faire, il suffit d'inverser le mouvement du courant dans le bobinage en changeant la polarité à la source.

Moteurs à courant alternatif

Ils diffèrent des conceptions précédentes en ce que le courant électrique circulant dans leur enroulement est décrit en changeant périodiquement sa direction (signe). Pour les alimenter, la tension est fournie par des générateurs à signe alternatif.

Le stator de ces moteurs est constitué d'un circuit magnétique. Il est constitué de plaques ferromagnétiques avec des rainures dans lesquelles sont placées des spires d'enroulement avec une configuration de cadre (bobine).

Moteurs électriques synchrones

L'image ci-dessous montre principe de fonctionnement moteur monophasé CA avec rotation synchrone des champs électromagnétiques du rotor et du stator.

Dans les rainures du circuit magnétique du stator, aux extrémités diamétralement opposées se trouvent des conducteurs d'enroulement, représentés schématiquement sous la forme d'un cadre à travers lequel circule un courant alternatif.

Considérons le cas de l'instant correspondant au passage de la partie positive de son alternance.

Un rotor avec un aimant permanent intégré tourne librement dans les chemins de roulement, qui ont un pôle nord « N bouche » et sud « bouche S » clairement définis. Lorsqu'une demi-onde positive de courant traverse l'enroulement du stator, un champ magnétique avec les pôles « S st » et « N st » y est créé.

Des forces d'interaction apparaissent entre les champs magnétiques du rotor et du stator (comme les pôles se repoussent et les pôles opposés s'attirent), qui ont tendance à faire tourner l'induit du moteur électrique d'une position arbitraire à la position finale, lorsque les pôles opposés sont situés le plus près possible. que possible les uns par rapport aux autres.

Si nous considérons le même cas, mais pour le moment où la demi-onde inverse - négative du courant traverse le conducteur du cadre, alors la rotation de l'armature se produira dans la direction opposée.

Pour conférer un mouvement continu au rotor, non pas un cadre de bobinage est réalisé dans le stator, mais un certain nombre d'entre eux, en tenant compte du fait que chacun d'eux est alimenté par une source de courant distincte.

Principe de fonctionnement moteur triphasé Rotation synchrone CA Les champs électromagnétiques du rotor et du stator sont illustrés dans l'image suivante.

Dans cette conception, trois enroulements A, B et C sont montés à l'intérieur du circuit magnétique du stator, décalés à un angle de 120 degrés l'un par rapport à l'autre. L'enroulement A est sélectionné jaune, B est vert et C est rouge. Chaque bobinage est réalisé avec les mêmes bâtis que dans le cas précédent.

Sur l'image, pour chaque cas, le courant traverse un seul enroulement dans le sens direct ou inverse, ce qui est indiqué par les signes « + » et « - ».

Lorsqu'une alternance positive traverse la phase A vers l'avant, l'axe du champ du rotor prend une position horizontale car les pôles magnétiques du stator se forment dans ce plan et attirent l'armature mobile. Les pôles opposés du rotor ont tendance à se rapprocher des pôles du stator.

Lorsque la demi-onde positive suit la phase C, l'armature tourne de 60 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre. Une fois le courant fourni à la phase B, une rotation similaire de l’induit se produira. Chaque flux de courant successif dans la phase suivante du prochain enroulement fera tourner le rotor.

Si une tension décalée d'un angle de 120 degrés est appliquée à chaque enroulement réseau triphasé, alors des courants alternatifs y circuleront, ce qui fera tourner l'armature et créera sa rotation synchrone avec le courant fourni champ électromagnétique.

La même conception mécanique a été utilisée avec succès dans moteur pas à pas triphasé. Ce n'est que dans chaque enroulement, à l'aide d'un contrôle, que des impulsions de courant continu sont fournies et supprimées selon l'algorithme décrit ci-dessus.

Leur démarrage amorce un mouvement de rotation, et l'arrêt à un certain moment assure une rotation dosée de l'arbre et s'arrête à un angle programmé pour effectuer certaines opérations technologiques.

Dans les deux systèmes triphasés décrits, il est possible de changer le sens de rotation de l'induit. Pour ce faire, il vous suffit de modifier la séquence de phases "A" - "B" - "C" en autre chose, par exemple "A" - "C" - "B".

La vitesse de rotation du rotor est régulée par la durée de la période T. Sa réduction entraîne une accélération de la rotation. L'amplitude du courant dans une phase dépend de la résistance interne de l'enroulement et de la valeur de la tension qui lui est appliquée. Il détermine la quantité de couple et la puissance du moteur électrique.

Moteurs électriques asynchrones

Ces conceptions de moteurs ont le même circuit magnétique de stator avec des enroulements que dans les modèles monophasés et triphasés évoqués précédemment. Ils tirent leur nom de la rotation asynchrone des champs électromagnétiques de l'induit et du stator. Cela a été fait en améliorant la configuration du rotor.

Son noyau est constitué de plaques d'acier de qualité électrique avec des rainures. Ils sont équipés de conducteurs de courant en aluminium ou en cuivre, fermés aux extrémités de l'armature par des anneaux conducteurs.

Lorsqu'une tension est appliquée aux enroulements du stator, puis dans l'enroulement du rotor force électromotrice un courant électrique est induit et un champ magnétique de l'induit est créé. Lorsque ces champs électromagnétiques interagissent, l’arbre du moteur commence à tourner.

Avec cette conception, le mouvement du rotor n'est possible qu'après l'apparition d'un champ électromagnétique tournant dans le stator et il se poursuit dans un mode de fonctionnement asynchrone avec celui-ci.

Les moteurs asynchrones sont plus faciles à utiliser conception. Ils sont donc moins chers et largement utilisés dans les installations industrielles et les appareils électroménagers.

Moteurs linéaires

De nombreuses parties actives des mécanismes industriels effectuent un mouvement alternatif ou de translation dans un plan, nécessaire au fonctionnement des machines à travailler les métaux, véhicules, coups de marteau lors du battage de pieux...

Le déplacement d'un tel corps de travail à l'aide de boîtes de vitesses, de vis à billes, d'entraînements par courroie et de dispositifs mécaniques similaires à partir d'un moteur électrique rotatif complique la conception. Moderne solution technique Ce problème est le fonctionnement d'un moteur électrique linéaire.

Son stator et son rotor sont allongés sous forme de bandes, et non enroulés en anneaux, comme ceux des moteurs électriques rotatifs.

Le principe de fonctionnement est de transmettre un mouvement linéaire alternatif au rotor-roue en raison du transfert d'énergie électromagnétique d'un stator fixe avec un circuit magnétique ouvert d'une certaine longueur. À l'intérieur, en allumant alternativement le courant, un champ magnétique courant est créé.

Il agit sur le bobinage d'induit avec le collecteur. Les forces apparaissant dans un tel moteur déplacent le rotor uniquement dans une direction linéaire le long des éléments de guidage.

Les moteurs linéaires sont conçus pour fonctionner en courant continu ou alternatif et peuvent fonctionner en mode synchrone ou asynchrone.

Les inconvénients des moteurs linéaires sont :

complexité de la technologie;

coût élevé;

faibles niveaux d’énergie.

: Veuillez écrire clairement sur la conception des moteurs électriques à courant continu. Vous pouvez utiliser l'un des types comme exemple. Après tout, d'une part, le principe de fonctionnement est très simple, mais d'autre part, si vous démontez l'un des moteurs électriques, il existe de nombreuses pièces dont le but n'est pas évident. Et sur les sites au début résultats de recherche il n'y a que le nom de ces pièces, en meilleur scénario. J'ai l'intention d'assembler un simple moteur électrique avec mes enfants pour qu'il les aide à comprendretechnologie et ils n’avaient pas peur de la maîtriser.

La première étape du développement du moteur électrique (1821-1832) est étroitement liée à la création de dispositifs physiques de démonstration transformation continueénergie électrique en énergie mécanique.

En 1821, M. Faraday, étudiant l'interaction des conducteurs avec le courant et un aimant, montra que le courant électrique provoque la rotation du conducteur autour de l'aimant ou la rotation de l'aimant autour du conducteur. L'expérience de Faraday a confirmé la possibilité fondamentale de construire un moteur électrique.

La deuxième étape du développement des moteurs électriques (1833-1860) était caractérisée par des conceptions avec mouvement de rotation de l'induit.

Thomas Davenport, forgeron et inventeur américain, a conçu le premier moteur électrique rotatif à courant continu en 1833 et a créé un modèle réduit de train entraîné par celui-ci. En 1837, il reçut un brevet pour une machine électromagnétique.

En 1834, B. S. Jacobi créa le premier moteur électrique à courant continu au monde, dans lequel il implémenta le principe de rotation directe de la partie mobile du moteur. Le 13 septembre 1838, un bateau avec 12 passagers descendait la Neva à contre-courant à une vitesse d'environ 3 km/h. Le bateau était équipé de roues à pales. Les roues étaient entraînées par un moteur électrique alimenté par une batterie de 320 cellules galvaniques. C'était la première fois qu'un moteur électrique faisait son apparition sur un navire.

Les tests de diverses conceptions de moteurs électriques ont conduit B. S. Jacobi et d'autres chercheurs aux conclusions suivantes :

• l'expansion de l'utilisation des moteurs électriques dépend directement de la réduction du coût de l'énergie électrique, c'est-à-dire de la création d'un générateur plus économique que les cellules galvaniques ;


• les moteurs électriques doivent avoir des dimensions aussi petites que possible, une puissance élevée et un rendement élevé ;


• L'étape de développement des moteurs électriques est associée au développement de conceptions avec un induit annulaire à pôles non saillants et un couple presque constant.

La troisième étape du développement des moteurs électriques est caractérisée par la découverte et usage industriel le principe d'auto-excitation, à propos duquel le principe de réversibilité d'une machine électrique a finalement été réalisé et formulé. Les moteurs électriques étaient alimentés par plus source bon marchéénergie électrique - générateur électromagnétique de courant continu.

En 1886, le moteur électrique à courant continu acquiert les caractéristiques de base d’une conception moderne. Par la suite, il s’est amélioré de plus en plus.

Actuellement, il est difficile d’imaginer la vie de l’humanité sans moteur électrique. Il est utilisé dans les trains, les trolleybus et les tramways. Les usines et les usines disposent de machines électriques puissantes. Hachoirs à viande électriques, robots culinaires, moulins à café, aspirateurs - tout cela est utilisé dans la vie quotidienne et est équipé de moteurs électriques.

La grande majorité des machines électriques fonctionnent sur le principe de la répulsion et de l’attraction magnétique. Si vous placez un fil entre les pôles nord et sud d’un aimant et que vous y faites passer un courant, il sera expulsé. Comment est-ce possible ? Le fait est qu'en passant par un conducteur, le courant forme un champ magnétique circulaire autour de lui sur toute la longueur du fil. La direction de ce champ est déterminée par la règle de la vrille (vis).

Lorsque le champ circulaire d’un conducteur interagit avec le champ uniforme d’un aimant, entre les pôles le champ magnétique s’affaiblit d’un côté et se renforce de l’autre. C'est-à-dire que le milieu devient élastique et la force résultante pousse le fil hors du champ de l'aimant selon un angle de 90 degrés dans la direction déterminée par la règle de gauche (la règle de droite est utilisée pour les générateurs et la règle de gauche). la règle manuelle ne convient que pour les moteurs). Cette force est appelée « Ampère » et sa grandeur est déterminée par la loi d’Ampère F=BxIxL, où B est la valeur de l’induction magnétique du champ ; I est le courant circulant dans le conducteur ; L - longueur du fil.

Ce phénomène a été utilisé comme principe de fonctionnement de base des premiers moteurs électriques, et le même principe est encore utilisé aujourd’hui. Les moteurs à courant continu de faible puissance utilisent des aimants permanents pour créer un champ magnétique constant. Dans les moteurs électriques de moyenne et haute puissance un champ magnétique uniforme est créé à l'aide d'un enroulement ou d'un inducteur d'excitation.

Examinons plus en détail le principe de création d'un mouvement mécanique utilisant l'électricité. L'illustration dynamique montre un simple moteur électrique. Dans un champ magnétique uniforme, nous plaçons un cadre métallique verticalement et y faisons passer un courant. Ce qui se passe? Le cadre tourne et se déplace par inertie pendant un certain temps jusqu'à atteindre position horizontale. Cette position neutre est le point mort - l'endroit où l'effet du champ sur le conducteur parcouru par le courant est nul. Pour que le mouvement continue, vous devez ajouter au moins une image supplémentaire et vous assurer que la direction du courant dans l'image est inversée. bon moment. La vidéo de formation en bas de page montre clairement ce processus.

Un moteur à courant continu moderne, au lieu d'un châssis, a une armature avec de nombreux conducteurs posés dans des rainures, et au lieu d'un aimant permanent en fer à cheval, il a un stator avec un enroulement d'excitation à deux pôles ou plus. La figure montre une coupe transversale d'un moteur électrique bipolaire. Le principe de son fonctionnement est le suivant. Si un courant s'éloignant « de nous » (marqué d'une croix) passe à travers les fils de la partie supérieure de l'armature, et dans la partie inférieure - « vers nous » (marqué d'un point), alors selon la gauche -règle de la main, les conducteurs supérieurs seront poussés hors du champ magnétique du stator vers la gauche, et les conducteurs des moitiés d'ancrage inférieures seront poussés vers la droite selon le même principe. Étant donné que le fil de cuivre est posé dans les rainures de l'armature, toute la force d'impact lui sera transférée et il tournera. On peut en outre voir que lorsque le conducteur avec la direction du courant « loin de nous » s'abaisse et se place en face du pôle sud créé par le stator, il sera coincé dans côté gauche, et un freinage se produira. Pour éviter que cela ne se produise, vous devez inverser le sens du courant dans le fil dès que la ligne neutre est franchie. Cela se fait à l'aide d'un collecteur - interrupteur spécial, commutant l'enroulement d'induit avec régime général moteur électrique.

Ainsi, l'enroulement d'induit transmet le couple à l'arbre du moteur électrique, qui à son tour entraîne les mécanismes de travail de tout équipement, comme, par exemple, une machine pour un maillage de chaîne. Bien qu'un moteur à induction à courant alternatif soit utilisé dans ce cas, le principe de base de son fonctionnement est identique à celui d'un moteur à courant continu : il pousse un conducteur porteur de courant hors d'un champ magnétique. Seul un moteur électrique asynchrone possède un champ magnétique tournant, tandis qu'un moteur électrique à courant continu possède un champ statique.

Structurellement, tous les moteurs électriques à courant continu sont constitués d'un inducteur et d'un induit, séparés par un entrefer.

L'inducteur (stator) d'un moteur électrique à courant continu est utilisé pour créer un champ magnétique stationnaire de la machine et se compose d'un cadre, de pôles principaux et supplémentaires. Le cadre sert à la fixation des pôles principaux et supplémentaires et constitue un élément du circuit magnétique de la machine. Sur les pôles principaux se trouvent des enroulements d'excitation conçus pour créer un champ magnétique de la machine, sur les pôles supplémentaires se trouvent un enroulement spécial qui sert à améliorer les conditions de commutation.

L'induit d'un moteur électrique à courant continu est constitué d'un système magnétique assemblé à partir de feuilles séparées, un enroulement de travail posé dans des rainures et un collecteur servant à fournir du courant continu à l'enroulement de travail.

Le collecteur est un cylindre monté sur l'arbre du moteur et constitué de plaques de cuivre isolées les unes des autres. Le collecteur comporte des saillies en forme de coq auxquelles sont soudées les extrémités des sections d'enroulement d'induit. Le courant est extrait du collecteur à l'aide de balais qui assurent un contact glissant avec le collecteur. Les balais sont fixés dans des porte-balais, qui les maintiennent dans une certaine position et assurent la pression nécessaire du balai sur la surface du collecteur. Les balais et porte-balais sont montés sur une traverse reliée au carter du moteur électrique.

Le moteur collecteur est très bon. C'est sacrément simple et flexible à régler. On peut augmenter la vitesse, la baisser, les caractéristiques mécaniques sont rudes, il tient le couple avec brio. La dépendance est directe. Eh bien, c'est un conte de fées, pas un moteur. S’il n’y avait qu’un seul problème dans tout ce délice : le collectionneur.

Il s'agit d'une unité complexe, coûteuse et très peu fiable. Il produit des étincelles, crée des interférences et est obstrué par la poussière conductrice provenant des balais. Et quand lourde chargeça peut flamber, former un feu circulaire et puis voilà, le moteur est foutu. Cela court-circuitera tout étroitement.

Mais qu’est-ce qu’un collectionneur ? Pourquoi est-il nécessaire ? Plus haut j'ai dit que le collecteur est un inverseur mécanique. Sa tâche est de commuter la tension d'induit d'avant en arrière, exposant ainsi l'enroulement au flux.

Collectionneur en machines électriques joue le rôle d'un redresseur AC vers DC (dans les générateurs) et le rôle de interrupteur automatique direction du courant dans les conducteurs d’induit tournants (dans les moteurs).

Lorsque le champ magnétique n'est traversé que par deux conducteurs formant une armature, le collecteur sera un anneau unique coupé en deux parties, isolées l'une de l'autre. DANS cas général chaque demi-anneau est appelé plaque collectrice.

Le début et la fin du cadre sont chacun reliés à leur propre plaque collectrice. Les balais sont disposés de telle manière que l'un d'eux est toujours connecté au conducteur qui se déplacera au pôle nord, et l'autre au conducteur qui se déplacera au pôle sud.

Riz. 2. Image simplifiée du réservoir

Riz. 3. Rectification AC à l'aide d'un collecteur

Donnons au cadre un mouvement de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. Au moment où le cadre tournant prend la position indiquée sur la Fig. 3, A, le courant le plus important sera induit dans ses conducteurs, puisque les conducteurs traversent les lignes de force magnétiques en se déplaçant perpendiculairement à celles-ci.

Le courant induit du conducteur B connecté à la plaque collectrice 2 circulera vers le balai 4 et, après avoir traversé le circuit externe, à travers le balai 3 reviendra au conducteur A. Dans ce cas, le balai droit sera positif et le balai gauche négatif.

Une rotation supplémentaire du cadre (position B) conduira à nouveau à l'induction de courant dans les deux conducteurs ; cependant, la direction du courant dans les conducteurs sera opposée à celle qu'ils avaient en position A. Puisque les plaques collectrices tourneront également avec les conducteurs, la brosse 4 enverra à nouveau du courant électrique au circuit externe, et à travers la brosse 3 le courant reviendra au cadre.

Il s'ensuit que, malgré le changement de sens du courant dans les conducteurs tournants eux-mêmes, du fait de la commutation effectuée par le collecteur, le sens du courant dans le circuit externe n'a pas changé.

Au moment suivant (position D), lorsque le châssis reprendra sa position sur la ligne neutre, il n'y aura à nouveau plus de courant dans les conducteurs et donc dans le circuit extérieur.

Aux instants suivants, le cycle de mouvements considéré sera répété dans le même ordre. Ainsi, la direction du courant induit dans le circuit externe dû au collecteur restera tout le temps la même, et en même temps la polarité des balais restera la même.

L'ensemble balais est nécessaire pour fournir de l'électricité aux bobines du rotor rotatif et commuter le courant dans les enroulements du rotor. Brosse - contact fixe (généralement graphite ou cuivre-graphite). Brosses avec haute fréquence ouvrir et fermer les plaques de contact du collecteur du rotor. En conséquence, lorsque DPT fonctionne, processus transitoires, dans les enroulements du rotor. Ces processus conduisent à des étincelles sur le collecteur, ce qui réduit considérablement la fiabilité du DPT. Pour réduire les étincelles, utilisez diverses manières, dont le principal est l'installation de poteaux supplémentaires. À des courants élevés, de puissants processus transitoires se produisent dans le rotor DMT, à la suite desquels des étincelles peuvent recouvrir en permanence toutes les plaques du collecteur, quelle que soit la position des balais. Ce phénomène est appelé étincelle annulaire du collecteur ou « feu circulaire ». Les étincelles annulaires sont dangereuses car toutes les plaques collectrices brûlent en même temps et leur durée de vie est considérablement réduite. Visuellement, des étincelles annulaires apparaissent sous la forme d'un anneau lumineux à proximité du collecteur. L'effet d'étincelles annulaires du collecteur n'est pas acceptable. Lors de la conception des entraînements, des restrictions appropriées sont définies sur les couples maximaux (et donc les courants de rotor) développés par le moteur. La conception du moteur peut comporter une ou plusieurs unités de collecteur à balais.

Mais nous sommes déjà au 21e siècle et des semi-conducteurs bon marché et puissants sont désormais présents à chaque tournant. Alors pourquoi avons-nous besoin d’un onduleur mécanique si nous pouvons le rendre électronique ? C'est vrai, ce n'est pas nécessaire ! Nous prenons donc et remplaçons le collecteur par des interrupteurs de puissance, et ajoutons également des capteurs de position du rotor afin de savoir à quel moment commuter les enroulements.

Et pour plus de commodité, nous retournons le moteur à l'envers - il est beaucoup plus facile de faire tourner un aimant ou un simple enroulement d'excitation qu'un induit avec tous ces déchets à bord. Le rotor est ici soit un puissant aimant permanent, soit un enroulement alimenté par des bagues collectrices. Lequel, bien qu’il ressemble à un collectionneur, est bien plus fiable que lui.

Et qu'obtenons-nous ? Droite! Moteur CC sans balais alias BLDC. Toutes les mêmes caractéristiques mignonnes et pratiques du DPT, mais sans ce méchant collecteur. Et ne confondez pas BLDC avec moteurs synchrones. Ce sont des voitures complètement différentes et différents principes les actions et les contrôles, bien que structurellement ils soient TRÈS similaires et que le même synchroniseur puisse facilement fonctionner comme un BLDC, en y ajoutant uniquement des capteurs et un système de contrôle. Mais c'est une histoire complètement différente. plus sur lui.

Poursuivant le thème du moteur à courant continu, il convient de noter que le principe de fonctionnement du moteur électrique est basé sur l'inversion du courant continu dans le circuit d'induit afin qu'il n'y ait pas de freinage et que la rotation du rotor soit maintenue à un rythme constant. Si vous changez la direction du courant dans l'enroulement d'excitation du stator, alors, selon la règle de gauche, le sens de rotation du rotor changera. La même chose se produira si nous échangeons les contacts des balais qui fournissent l'énergie de la source à l'enroulement d'induit. Mais si vous changez « + » « - » ici et là, le sens de rotation de l'arbre ne changera pas. Par conséquent, en principe, le courant alternatif peut être utilisé pour alimenter un tel moteur, car le courant dans l'inducteur et l'induit changera simultanément. En pratique, de tels appareils sont rarement utilisés.

Je pense que beaucoup d'entre vous qui ont essayé les moteurs ont peut-être remarqué qu'ils ont un courant de démarrage prononcé, lorsque le moteur au démarrage peut faire bouger l'aiguille de l'ampèremètre, par exemple, jusqu'à un ampère, et après l'accélération, le courant chute à environ 200 mA. .

Pourquoi cela se produit-il ? C'est ainsi que fonctionne le back emf. Lorsque le moteur est arrêté, le courant qui peut le traverser ne dépend que de deux paramètres : la tension d'alimentation et la résistance de l'enroulement d'induit. Il est ainsi facile de connaître le courant maximum que le moteur peut développer et pour lequel le circuit doit être calculé. Il suffit de mesurer la résistance de l'enroulement du moteur et de diviser la tension d'alimentation par cette valeur. Simplement par la loi d'Ohm. Ce sera le courant de démarrage maximum.

Mais au fur et à mesure qu'il accélère, une chose amusante commence : l'enroulement d'induit se déplace à travers le champ magnétique du stator et une CEM y est induite, comme dans un générateur, mais elle est dirigée à l'opposé de celle qui fait tourner le moteur. Et par conséquent, le courant traversant l'armature diminue fortement, plus la vitesse est élevée.

Et si le moteur est encore resserré en cours de route, alors la force contre-électromotrice sera supérieure à l'alimentation et le moteur commencera à pomper de l'énergie dans le système, devenant ainsi un générateur.

Concernant schéma électrique en allumant le moteur, il y en a plusieurs et ils sont représentés sur la figure. À connexion parallèle enroulements, l'enroulement d'induit est constitué de grande quantité tours de fil fin. Avec cette connexion, le courant commuté par le collecteur sera nettement inférieur en raison de la résistance élevée et les plaques ne produiront pas d'étincelles ou ne brûleront pas beaucoup. Si tu fais connexion série enroulements de l'inducteur et de l'induit, alors l'enroulement de l'inducteur est constitué d'un fil de plus grand diamètre avec moins de tours, car tous courant d'induit se précipite à travers l’enroulement du stator. Avec de telles manipulations avec un changement proportionnel des valeurs de courant et du nombre de tours, la force magnétisante reste constante, et caractéristiques de qualité les appareils s'améliorent.

Aujourd'hui, les moteurs à courant continu sont rarement utilisés en production. Parmi les inconvénients de ce type de machines électriques, on peut noter l'usure rapide de l'ensemble balais-collecteurs. Avantages - bonnes caractéristiques démarrage, réglage facile de la fréquence et du sens de rotation, simplicité de conception et de contrôle.

Actuellement, les moteurs à courant continu excitation indépendante, contrôlés par des convertisseurs à thyristors, sont utilisés dans les entraînements électriques industriels. Ces entraînements permettent un contrôle de vitesse sur une large plage. La régulation de la vitesse vers le bas par rapport à la vitesse nominale s'effectue en modifiant la tension sur l'induit et vers le haut - en affaiblissant le flux d'excitation. Les limitations de puissance et de vitesse sont déterminées par les propriétés des moteurs utilisés et non par les dispositifs semi-conducteurs. Les thyristors peuvent être connectés en série ou en parallèle s'ils ne sont pas assez hauts. classe de tension ou de courant. Le courant et le couple d'induit sont limités par la capacité de surcharge thermique du moteur.

Les moteurs électriques sont des appareils dans lesquels énergie électrique se transforme en mécanique. Le principe de leur fonctionnement repose sur le phénomène d’induction électromagnétique.

Cependant, la manière dont les champs magnétiques interagissent, provoquant la rotation du rotor du moteur, diffère considérablement selon le type de tension d'alimentation - alternative ou continue.

Le principe de fonctionnement d'un moteur électrique à courant continu est basé sur l'effet de répulsion des pôles similaires des aimants permanents et d'attraction des pôles différents. La priorité de son invention appartient à l'ingénieur russe B. S. Jacobi. Le premier modèle industriel de moteur à courant continu a été créé en 1838. Depuis, sa conception n’a pas subi de changements fondamentaux.

Dans les moteurs à courant continu de faible puissance, l’un des aimants existe physiquement. Il est fixé directement sur le corps de la machine. Le second est créé dans l'enroulement d'induit après y avoir connecté une source de courant continu. A cet effet, il est utilisé appareil spécial– groupe collecteur-brosse. Le collecteur lui-même est un anneau conducteur fixé à l'arbre du moteur. Les extrémités de l'enroulement d'induit y sont connectées.

Pour que le couple se produise, les pôles doivent être continuellement échangés aimant permanent ancres Cela devrait se produire au moment où le pôle traverse ce qu’on appelle le neutre magnétique. Structurellement, ce problème est résolu en divisant l'anneau collecteur en secteurs séparés par des plaques diélectriques. Les extrémités des enroulements d'induit y sont connectées en alternance.

Pour connecter le collecteur à l'alimentation électrique, on utilise des brosses - des tiges de graphite à haute conductivité électrique et un faible coefficient de frottement de glissement.

Les enroulements d'induit ne sont pas connectés au réseau d'alimentation, mais sont connectés au rhéostat de démarrage. Le processus de mise en marche d'un tel moteur consiste à se connecter au secteur et à le réduire progressivement à zéro. résistance active dans la chaîne d'induit. Le moteur électrique démarre en douceur et sans surcharge.

Caractéristiques de l'utilisation de moteurs asynchrones dans un circuit monophasé

Bien que le champ magnétique tournant du stator soit plus facilement obtenu à partir de tension triphasée, principe de fonctionnement moteur électrique asynchrone lui permet de fonctionner en monophasé, réseau domestique, si des modifications sont apportées à leur conception.

Pour ce faire, le stator doit avoir deux enroulements dont l'un est l'enroulement « de démarrage ». Le courant qu'il contient est déphasé de 90° en raison de l'inclusion d'une charge réactive dans le circuit. Le plus souvent pour ça

Le synchronisme presque complet des champs magnétiques permet au moteur de gagner de la vitesse même avec des charges importantes sur l'arbre, ce qui est nécessaire au fonctionnement des perceuses, des perforateurs, des aspirateurs, des meuleuses ou des cireuses.

Si un moteur réglable est inclus dans le circuit d'alimentation d'un tel moteur, sa fréquence de rotation peut être modifiée en douceur. Mais la direction, lorsqu’elle est alimentée par un circuit à courant alternatif, ne peut jamais être modifiée.

De tels moteurs électriques sont capables de développer des vitesses très élevées, sont compacts et ont un couple plus élevé. Cependant, la présence d'un ensemble collecteur-balais réduit leur durée de vie - les balais en graphite s'usent assez rapidement à grande vitesse, surtout si le collecteur présente des dommages mécaniques.

Les moteurs électriques ont le rendement le plus élevé (plus de 80 %) de tous les appareils créés par l'homme. Leur invention à la fin du XIXe siècle peut être considérée comme un saut qualitatif dans la civilisation, car il est impossible d'imaginer la vie sans eux. société moderne basé sur haute technologie, mais quelque chose de plus efficace n'a pas encore été inventé.

Principe de fonctionnement synchrone d'un moteur électrique en vidéo

Condition de la tâche : Travaux de laboratoire n°10. Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette).

Problème de
Manuel de physique, 8e année, A.V. Peryshkin, N.A. Rodina
pour 1998
Cahier d'exercices de physique en ligne
pour la 8ème année
Travaux de laboratoire
- nombre
10

Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette).

But du travail : Se familiariser avec les principales pièces d'un moteur électrique à courant continu à l'aide d'une maquette de ce moteur.

C'est peut-être le travail le plus simple pour le cours de 8e année. Il vous suffit de connecter le modèle de moteur à une source de courant, de voir son fonctionnement et de mémoriser les noms des pièces principales du moteur électrique (induit, inducteur, balais, demi-anneaux, bobinage, arbre).

Le moteur électrique qui vous est proposé par votre professeur peut être similaire à celui illustré sur la figure, ou il peut avoir une apparence différente, car il existe de nombreuses options pour les moteurs électriques scolaires. Ceci n'est pas d'une importance fondamentale, puisque le professeur vous expliquera probablement en détail et vous montrera comment manipuler le modèle.

Énumérons les principales raisons pour lesquelles un moteur électrique correctement connecté ne fonctionne pas. Circuit ouvert, manque de contact des balais avec demi-anneaux, endommagement du bobinage d'induit. Si dans les deux premiers cas vous êtes tout à fait capable de vous en sortir seul, si le bobinage casse, il faut contacter un professeur. Avant d'allumer le moteur, vous devez vous assurer que son induit peut tourner librement et que rien ne l'interfère, sinon une fois allumé, le moteur électrique émettra un bourdonnement caractéristique, mais ne tournera pas.

Vous ne savez pas comment résoudre ? Pouvez-vous nous aider avec une solution ? Entrez et demandez.

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