Условие.

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, который имеет номинальную мощность 2,2 кВт, номинальную частоту вращения 1500 об/мин, номинальное напряжение 110 В, номинальный коэффициент полезного действия равный 85%, подключён к сети постоянного тока напряжением 110 В. Сопротивление обмотки якоря двигателя (включая сопротивление щёток) равно 0,5 Ом; сопротивление обмотки возбуждения равно 55 Ом.

Задание.

Составить принципиальную электрическую схему управления электродвигателем; расчётную схему якорной цепи и цепи возбуждения.

Определить: мощность, потребляемую электродвигателем из сети при номинальной нагрузке; номинальный ток электродвигателя; ток в обмотке возбуждения; номинальный ток цепи якоря электродвигателя; пусковой ток цепи якоря электродвигателя; значение пускового сопротивления, которое обеспечивает пусковой ток цепи якоря, равный номинальному току якоря; суммарные потери мощности в электродвигателе.

Алгоритм выполнения задания.

1. Составить расчётную схему, состоящую из якорной цепи и цепи возбуждения.

2. Определить мощность, потребляемую электродвигателем из сети при номинальной нагрузке.

3. Определить номинальный ток электродвигателя.

4. Определить ток в обмотке возбуждения электродвигателя.

5. Определить номинальный ток в цепи якоря электродвигателя.

6. Определить пусковой ток в цепи якоря электродвигателя при выведенном пусковом реостате.

7. Определить значение пускового сопротивления, которое обеспечивает пусковой ток в цепи якоря, равный номинальному току якоря.

8. Определить суммарные потери мощности в электродвигателе.

Пример выполнения задания.

1. Составляем расчётную схему, состоящую из якорной цепи и цепи возбуждения:

2. Определяем мощность, потребляемую электродвигателем из сети

при номинальной нагрузке:

.

3. Определяем номинальный ток электродвигателя:

.

4. Определяем ток в обмотке возбуждения электродвигателя:

.

5. Определяем номинальный ток в цепи якоря электродвигателя:

; .

6. Определяем пусковой ток в цепи якоря электродвигателя при выведенном пусковом реостате:

.

7. Определяем значение пускового сопротивления, которое обеспечивает пусковой ток в цепи якоря, равный номинальному току якоря:

; ;

.

8. Определяем суммарные потери мощности в электродвигателе:

.

Вы объяснили физические явления и процессы в элементах конструкции двигателя

При вращении якоря в магнитном поле индуктора (то есть при работе двигателя) в элементах конструкции двигателя наблюдаются следующие физические явления и процессы.

В индукторе:

• явление электрического тока в обмотке возбуждения;

• явление электромагнетизма в обмотке возбуждения;

• явление теплового действия тока в обмотке возбуждения;

• процесс нагрева обмотки возбуждения.

В якоре:

• явление электрического тока в обмотке якоря;

• явление электромагнитной силы от действия тока в обмотке якоря;

• явление электромагнитной индукции в обмотке якоря;

• явление электромагнетизма в обмотке якоря;

• явление теплового действия тока в обмотке якоря;

• процесс нагрева обмотки якоря;

• явление электромагнитной индукции в магнитопроводе якоря;

• явление вихревых токов в магнитопроводе якоря;

• явление электромагнитной силы от действия вихревых токов;

• явление теплового действия вихревых токов в магнитопроводе якоря;

• явление гистерезиса магнитопровода якоря;

• явление электромагнитной силы от гистерезиса;

• явление теплового действия гистерезиса магнитопровода якоря;

• процесс нагрева магнитопровода якоря.

В механической системе:

• явление трения в подшипниках;

• явление трения между коллектором и щётками;

• явление трения якоря о воздух;

• процесс нагрева механической системы.

Затем Вы обяснили энергетическую диаграмму двигателя

Энергетическая диаграмма электродвигателя аналогична энергетической диаграмме генератора, представленной в обратном порядке.

Вращающий момент на валу двигателя (М) равен моменту сопротивления механической нагрузки (М_сопр):

М = М_сопр . (8)

Момент, развиваемый на валу электродвигателя, равен:

М = kФI_я . (9)

Механическая мощность на валу электродвигателя равна:

Р_мх = М , (10)

где  – угловая скорость вращения вала электродвигателя, рад/с.

Электрическая мощность, потребляемая электродвигателем из сети, равна:

Р_эл = Р_мх + Р_. (11)

Коэффициент полезного действия электродвигателя равен:

. (12)

Вы предложили студентам ответить на следующие вопросы:

1. Какие явления в индукторе приводят к появлению магнитного потока?

2. Какое явление приводит к процессу нагрева обмотки возбуждения?

3. Какое явление в якоре приводит к появлению вращающего момента двигателя?

4. Какое явление приводит к нагреву обмотки якоря?

5. Какое явление приводит к появлению противо-э.д.с. в обмотке якоря?

6. Какие явления приводят к нагреву магнитопровода якоря?

7. Какие явления в магнитопроводе якоря приводят к появлению механического момента сопротивления вращению якоря?

8. Какие явления приводят к нагреву механической системы?

9. В каких частях двигателя постоянного тока наблюдаются механические потери мощности?

10. В каких частях двигателя постоянного тока наблюдаются электрические потери мощности?

11. Какие потери мощности наблюдаются в магнитопроводе?

Вы предложили студентам выполнить творческое конструкторско-экспериментальное задание.

1. Спроектировать и изготовить устройство контроля температуры корпуса двигателя и его защиты от перегрева. Предлагается в качестве варианта выполнения задания использовать делитель напряжения,позистор, реле напряжения, медные проводники.

2. Испытать устройство в лабораторных условиях, для чего разработать методику и выбрать аппаратуру для испытания.