Контрольная работа
.docxМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Контрольная работа
по дисциплине «Интегрированные автоматизированные технологические комплексы» по теме: «Двигатели постоянного тока в приводах технологического оборудования»
Выполнил:
Студент 5-го курса заочного отделения группы 990241
Гусев Станислав Павлович
Минск, БГУИР 2024
Двигатели постоянного тока в приводах технологического оборудования
Электродвигателем постоянного тока (ДПТ) называется устройство, обеспечивающее преобразование электрической энергии в механическую. Схематично представить данный процесс можно следующим образом:
Рисунок
1 – Схема преобразования энергии с
помощью электродвигателя
Существуют обратные устройства ДПТ называемые генераторами постоянного тока (ГПТ) – это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую.
Схематично процесс такого преобразования представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Процесс преобразования механической энергии в электрическую
Особенностью ДПТ и ГПТ является свойство обратимости, т.е. генератор может работать как электродвигатель и наоборот, электродвигатель в режиме генератора [1].
Электродвигатель является основным элементом электропривода рабочих машин. Конструктивное исполнение электродвигателей построено на принципе вращения подвижной части мотора. Конструкция ДПТ включает в себя 2 части: неподвижную, называемую статором, и подвижную вращающуюся часть, которая называется ротором. Ротор двигателя постоянного тока, в свою очередь, называют якорем, который помещается внутри корпуса машины постоянного тока и между ним и статором имеется воздушный зазор. На рисунке 3 представлена обобщенная конструкция электродвигателей постоянного тока [1].
Рисунок 3 – Обобщенная конструкция электродвигателей постоянного тока
Более детальная конструктивная схема устройства представлена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Конструктивная схема электродвигателя
Современные электродвигатели являются сложными устройствами, которые способны развивать большую мощность.
Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается напряжение питания через коллектор и щеточный механизм. Якорь совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Изготавливается якорь из нескольких обмоток, которые уложены в его пазы и закреплены там эпоксидным составом [2].
Статор может состоять как из обмоток возбуждения, так и из постоянных магнитов. В маломощных двигателях, как правило, используются постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. С торцов статор закрыт крышками, которые имеют встроенные в них подшипники, которые служат для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.
Принцип такого электродвигателя основывается на законе Ампера – при размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Ток, которых проходит по рамке создает вокруг себя магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем, что и приводит к вращению рамки.
Если делать проекцию на современные конструкции мотора, то роль рамки играет якорь с обмотками: на них подается ток, вокруг якоря создается магнитное поле, приводящее его в движение [2].
Выводы обмоток якоря объединены в один узел, который называется коллектором и выполнен в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.
Щеточный узел – это наиболее уязвимый механизм в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.
Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Также щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора, стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток [2].
Электродвигатели постоянного тока разделяются на 4 группы по характеру возбуждения:
– независимое возбуждение: при таком возбуждении обмотка подключается к внешнему источнику питания. Параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения, в данном случае, настраиваются сопротивлением обмоток якоря, а скорость регулируется специальным регулировочным реостатом, который включен в цепь обмоток возбуждения. Если сопротивление снизится значительно или произойдет обрыв цепи, то ток якоря повышается до опасных величин. Такие электродвигатели запрещено запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, чтобы избежать выхода из строя двигателя [2].
– параллельное возбуждение: обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. В данном случае ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся жесткими и их можно применять для привода вентиляторов и станков [2].
– последовательное возбуждение: в этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.
– смешанное возбуждение: такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, которые находятся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.
Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов [2].
На рисунке ниже представлены схемы, описанных выше групп электродвигателей.
Рисунок 5 – 1. независимое возбуждение; 2. параллельное возбуждение; 3. последовательное возбуждение; 4. смешанное возбуждение
Как и любое устройство электродвигатели имеют свои преимущества и недостатки. К преимуществам можно отнести следующее:
– небольшие габаритные размеры;
– легкое управление;
– простая конструкция;
– возможность применения в качестве генераторов тока;
– быстрый запуск, особенно характерный для моторов с последовательной схемой возбуждения;
– возможность плавной регулировки скорости вращения вала;
К недостаткам следующее:
– для подключения и эксплуатации необходимо приобретать специальный блок питания постоянного тока;
– высокая стоимость;
– наличие расходных элементов в виде медно-графитных быстроизнашивающихся щеток, изнашивающегося коллектора, что значительно снижает срок эксплуатации, и требует периодического технического обслуживания [2].
Сфера применения электродвигателей достаточно широка, они применяются в транспортной и железнодорожной отраслях жизни. На производстве подъемно-транспортных механизмов и игрушек, а также для использования в промышленном оборудовании, в котором необходимо управление скорости вращения в большом диапазоне: различные автоматы, станки, устройства автоматики и др [1][2].
Список использованных источников
1. Двигатель постоянного тока [Электронный ресурс]. – Электронные данные. Режим доступа: https://energo1.com/blog/article12
2. Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды тока [Электронный ресурс]. – Электронные данные. Режим доступа: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/ustrojstva/elektrodvigateli-postoiannogo-toka/