DC napájení

Výkon je práce vykonaná za jednotku času. Elektrický výkon je roven součinu proudu a napětí: P=U∙I. Odtud můžeme odvodit další vzorce pro výkon:

Výkonovou jednotku získáme dosazením jednotek napětí a proudu do vzorce:

Jednotka elektrického výkonu rovna 1 VA se nazývá watt (W). Název voltampér (VA) se používá v technice střídavého proudu, ale pouze pro měření zdánlivého a jalového výkonu.

Jednotky měření elektrického a mechanického výkonu jsou spojeny následujícími vztahy:

1 W =1/9,81 kg•m/s ≈1/10 kg•m/sec;

1 kg•m/s =9,81 W ≈10 W;

1 hp =75 kg•m/s =736 W;

1 kW =102 kg•m/s =1,36 hp.

Pokud nepočítáme s nevyhnutelnými energetickými ztrátami, dokáže motor o výkonu 1 kW každou sekundu přečerpat 102 litrů vody do výšky 1 m nebo 10,2 litru vody do výšky 10 m.

1. Topné těleso elektrické pece o výkonu 500 W a napětí 220 V je vyrobeno z vysokoodporového drátu. Vypočítejte odpor prvku a proud, který jím prochází (obr. 1).

Proud zjistíme pomocí vzorce elektrického výkonu P=U∙I,

odkud I=P/U=(500 Bm)/(220 V)=2,27 A.

Odpor se vypočítá pomocí jiného vzorce výkonu: P=U^2/r,

откуда r=U^2/P=(220^2)/500=48400/500=96,8 Ом.

2. Jaký odpor by měla mít spirála (obr. 2) dlaždice při proudu 3 A a výkonu 500 W?

Pro tento případ použijeme jiný mocninný vzorec: P=U∙I=r∙I∙I=r∙I^2;

tedy r=P/I^2=500/3^2=500/9=55,5 Ohm.

3. Jaký výkon se přemění na teplo o odporu r=100 Ohm, které je připojeno do sítě o napětí U=220 V (obr. 3)?

4. Ve schématu na Obr. 4 ukazuje ampérmetr proud I = 2 A. Vypočítejte odpor spotřebiče a elektrický výkon spotřebovaný v odporu r = 100 Ohmů při připojení k síti o napětí U = 220 V.

P=U∙I=220∙2=440 Вт, или P=U^2/r=220^2/110=48400/110=440 Вт.

5. Lampa udává pouze své jmenovité napětí 24 V. Pro zjištění zbývajících údajů svítilny sestavíme obvod znázorněný na Obr. 5. Reostatem upravíme proud tak, aby voltmetr připojený na svorky lampy ukazoval napětí Ul = 24 V. Ampérmetr ukazuje proud I = 1,46 A. Jaký výkon a odpor má lampa a při jakých ztrátách napětí a výkonu dochází. reostat?

Výkon lampy P=Ul∙I=24∙1,46=35 W.

Jeho odpor je rл=Uл/I=24/1,46=16,4 Ohm.

Pokles napětí na reostatu Uр=U-Uл=30-24=6 V.

Výkonové ztráty v reostatu Pр=Uр∙I=6∙1,46=8,76 W.

6. Na panelu elektrické pece jsou uvedeny její jmenovité údaje (P=10 kW; U=220 V).

Určete, jaký odpor představuje pec a jaký proud jí prochází při provozu P=U∙I=U^2/r;

r=U^2/P=220^2/10000=48400/10000=4,84 Ом; I=P/U=10000/220=45,45 А.

7. Jaké je napětí U na svorkách generátoru, je-li při proudu 110 A jeho výkon 12 kW (obr. 7)?

Protože P=U∙I, pak U=P/I=12000/110=109 V.

8. Ve schématu na Obr. Obrázek 8 ukazuje činnost elektromagnetické proudové ochrany. Při určitém proudu elektromagnet EM, který je držen pružinou P, přitáhne kotvu, rozepne kontakt K a přeruší proudový obvod. V našem příkladu proudová ochrana přeruší proudový obvod při proudu I≥2 A. Kolik 25W žárovek lze současně rozsvítit při síťovém napětí U=220 V, aby omezovač nefungoval?

Ochrana se spouští při I=2 A, tedy při výkonu P=U∙I=220∙2=440 W.

Vydělením celkového výkonu jedné lampy dostaneme: 440/25=17,6.

Současně může svítit 17 lamp.

9. Elektrická trouba má tři topná tělesa o výkonu 500 W a napětí 220 V, zapojená paralelně.

Jaký je celkový odpor, proud a výkon při provozu pece (obr. 91)?

Celkový výkon pece P=3∙500 W =1,5 kW.

Výsledný proud I=P/U=1500/220=6,82 A.

Výsledný odpor je r=U/I=220/6,82=32,2 Ohm.

Proud jednoho prvku I1=500/220=2,27 A.

Odpor jednoho prvku: r1=220/2,27=96,9 Ohm.

10. Vypočítejte odpor a proud spotřebiče, pokud wattmetr ukazuje výkon 75 W při síťovém napětí U = 220 V (obr. 10).

Protože P=U^2/r, pak r=U^2/P=48400/75=645,3 Ohm.

Proud I=P/U=75/220=0,34 A.

11. Přehrada má rozdíl vodní hladiny h=4 m Každou sekundu přiteče potrubím do turbíny 51 litrů vody. Jaký mechanický výkon se v generátoru přemění na elektrický výkon, pokud se neberou v úvahu ztráty (obr. 11)?

Mechanický výkon Pm=Q∙h=51 kg/sec ∙4 m =204 kg•m/sec.

Z toho plyne elektrický výkon Pe=Pm:102=204:102=2 kW.

12. Jaký výkon by měl mít motor čerpadla, který každou sekundu přečerpá 25,5 litru vody z hloubky 5 m do nádrže umístěné ve výšce 12 m? Ztráty se neberou v úvahu (obr. XNUMX).

Celková výška stoupání vody h=5+3=8m.

Mechanický výkon motoru Pм=Q∙h=25,5∙8=204 kg•m/sec.

Elektrický výkon Pe=Pm:102=204:102=2 kW.

13. Vodní elektrárna přijímá každou sekundu 4 m3 vody z nádrže na turbínu. Rozdíl mezi hladinami vody v nádrži a turbíně je h=20 m Určete výkon jedné turbíny bez zohlednění ztrát (obr. 13).

Mechanický výkon proudící vody Pm=Q∙h=4∙20=80 t/s•m; Pm=80000 kg•m/sec.

Elektrický výkon jedné turbíny Pe=Pm:102=80000:102=784 kW.

14. U paralelně vinutého stejnosměrného motoru jsou vinutí kotvy a budicí vinutí zapojeny paralelně. Vinutí kotvy má odpor r=0,1 Ohm a proud kotvy I=20 A. Budící vinutí má odpor rв=25 Ohm a budicí proud je roven Iв=1,2 A. Jaký výkon se ztrácí v obě vinutí motoru (obr. 14)?

Ztráta výkonu ve vinutí kotvy P=r∙I^2=0,1∙20^2=40 W.

Výkonové ztráty v budícím vinutí

Celkové ztráty ve vinutí motoru P+Pv=40+36=76W.

15. Elektrický sporák s napětím 220 V má čtyři přepínatelné topné stupně, čehož je dosaženo obměnou zařazení dvou topných těles s odpory r1 a r2, jak je znázorněno na Obr. 15.

Určete odpory r1 a r2, pokud má první topné těleso výkon 500 W a druhé 300 W.

Protože výkon uvolněný v odporu je vyjádřen vzorcem P=U∙I=U^2/r, pak odpor prvního topného článku

a druhý topný článek r2=U^2/P2=220^2/300=48400/300=161,3 Ohm.

V poloze IV stupně jsou odpory zapojeny do série. Výkon elektrického sporáku v této poloze se rovná:

P3=U^2/(r1+r2 )=220^2/(96,8+161,3)=48400/258,1=187,5 Вт.

V poloze I. stupně jsou topná tělesa zapojena paralelně a výsledný odpor je roven: r=(r1∙r2)/(r1+r2)=(96,8∙161,3)/(96,8+161,3)=60,4 Ohm.

Výkon dlaždic v pozici I. stupně: P1=U^2/r=48400/60,4=800 W.

Stejný výkon získáme sečtením výkonů jednotlivých topných těles.

16. Žárovka s wolframovým vláknem je určena pro výkon 40 W a napětí 220 V. Jaký odpor a proud má žárovka ve studeném stavu a při provozní teplotě 2500 °C?

Výkon lampy P=U∙I=U^2/r.

Odpor vlákna žárovky v horkém stavu je tedy rt=U^2/P=220^2/40=1210 Ohm.

Odolnost studeného závitu (při 20 °C) je určena vzorcem rt=r∙(1+α∙∆t),

откуда r=rt/(1+α∙∆t)=1210/(1+0,004∙(2500-20) )=1210/10,92=118 Ом.

Žhavým vláknem žárovky prochází proud I=P/U=40/220=0,18 A.

Spínací proud je: I=U/r=220/118=1,86 A.

Po zapnutí je proud přibližně 10krát větší než proud horké lampy.

17. Jaké jsou ztráty napětí a výkonu v měděném troleji elektrifikované železnice (obr. 16)?

Vodič má průřez 95 mm2. Motor elektrického vlaku odebírá proud 300 A ve vzdálenosti 1,5 km od zdroje proudu.

Ztráta (pokles) napětí ve vedení mezi body 1 a 2 Up=I∙rп.

Odpor trolejového drátu rп=(ρ∙l)/S=0,0178∙1500/95=0,281 Ohm.

Pokles napětí na trolejovém drátu Up=300∙0,281=84,3 V.

Napětí Ud na svorkách motoru D bude o 84,3 V menší než napětí U na svorkách zdroje G.

Úbytek napětí v troleji se mění, když se elektrický vlak pohybuje. Čím více se elektrický vlak vzdaluje od zdroje proudu, tím je vedení delší, což znamená větší jeho odpor a úbytek napětí na něm. Proud po kolejích se vrací do uzemněného zdroje G. Odpor kolejí a země je prakticky nulový.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!

Nenechte si ujít aktualizace, přihlaste se k odběru našich sociálních sítí:

Tento článek pojednává o stejnosměrných motorech (DC motory): jejich struktuře a vlastnostech.

Koncept motoru

Elektromotor je zařízení pro přeměnu elektrické energie na mechanickou energii. Tedy zařízení, do kterého musí být přiváděn elektrický proud a na oplátku se musí otáčet hřídel motoru.

Typický stejnosměrný motor je zobrazen níže.

Zařízení stejnosměrného motoru

Podívejme se na příkladu, jak funguje stejnosměrný motor na nejjednodušším modelu.

Máme magnetické pole generované póly magnetu a kovovým rámem. Napájecí napětí se přivádí na svorky „+“ a „-“ (U_p) motoru a rámem začne protékat konstantní elektrický proud (I_p). Jakýkoli vodič, kterým prochází elektrický proud, je vystaven takzvané ampérové ​​síle (F_a), jehož směr závisí na směru proudu podél vodiče. Protože proud teče z plusu do mínusu, ukazuje se, že na jedné straně rámu je proud směrován zleva doprava a na druhé zprava doleva. Proto je ampérová síla na opačných stranách rámu směrována různými směry. Rám se začne otáčet. Pokud je napájecí napětí přivedeno v opačném směru, změní se směr proudu a rám se začne otáčet v opačném směru.

Pro větší přehlednost se můžete podívat na video.

Charakteristika stejnosměrných motorů

Podívejme se na hlavní vlastnosti motoru.

Elektrické parametry

Pracovní napětí — rozsah povolených napájecích napětí. Čím vyšší je napájecí napětí, tím větší je výkon motoru a rychlost otáčení. Napětí však nemůžete zvyšovat donekonečna, protože s každým novým voltem se zvyšuje riziko vyhoření motoru.

Pro názornost provedeme experiment: postupně budeme zvyšovat napájecí napětí motoru a přitom sledovat spotřebovaný proud multimetrem.

První věc, která upoutá pozornost, je, že při zvýšení napětí z 3 na 9 V se proud změní ze 40 na 60 mA. Ukazuje se, že při 3násobném zvýšení napětí se spotřeba proudu zvýšila pouze 2krát.

Nyní si připomeňme Ohmův zákon:

Z toho je zřejmé, že při konstantním odporu vodiče musí proud v obvodu vzrůst o stejnou hodnotu, jak se zvyšuje napětí. To znamená, že vinutí motoru (drátová kostra) musí mít proměnný odpor.

Podívejme se na tento paradox. Náš drátěný rám je neustále pronikán magnetickým polem. Pokud se rám začne otáčet, vzniká v něm působením magnetických sil napětí, směřující proti vnějším silám, tedy proti vnějšímu napětí, které přivádíme na motor. Proto v tomto případě by měl být Ohmův zákon považován za následující:

kde E — zpětná elektromotorická síla (napětí indukované magnetickým polem).

Čím rychleji se motor otáčí, tím větší je hodnota zpětné elektromotorické síly, tím menší proud motor spotřebuje. Proto při volnoběhu motor vždy spotřebovává méně proudu než při zatížení.

Jmenovité napětí — nejvhodnější napětí pro napájení motoru, při kterém je motor schopen se rychle otáčet bez přehřátí.

Žádný zátěžový proud — proud spotřebovaný motorem při volnoběhu. Protože se motor při volnoběhu otáčí maximální rychlostí, proud spotřebovaný v tomto provozním režimu bude pro konkrétní model motoru minimální.

Aktuální při blokování — proud spotřebovaný motorem, když je hřídel motoru zablokována. Tato hodnota odběru proudu bude maximální. Protože zámek hřídele znamená žádnou rotaci, nebude zde vůbec žádná zpětná elektromotorická síla. V praxi lze tuto hodnotu měřit nepřímo, bez blokování hřídele motoru. K tomu stačí použít Ohmův zákon:

U — napájecí napětí. Známe jeho význam. R je odpor vinutí motoru. Tuto hodnotu lze měřit multimetrem připojením ke svorkám motoru, jako u běžného rezistoru.

Například u našeho motoru naměříme odpor vinutí R = 9.9 Ohm. Při napájecím napětí 6 V získáme:

Mechanické parametry

Průměr výstupní hřídele — průměr pohyblivé osy motoru, který se otáčí.

Přenos – úplná analogie s autem. Uvnitř motoru je skupina ozubených kol, díky které je možné v určitém poměru snížit rychlost otáčení hřídele motoru, ale zároveň zvýšit jeho výstupní výkon.

Žádná rychlost zatížení — rychlost otáčení hřídele motoru (počet otáček za minutu) při volnoběhu.

Moment nebo moment síly — vektorová fyzikální veličina, která charakterizuje rotační působení síly na pevné těleso.

V našem případě je tato hodnota součinem dvou parametrů: vzdálenosti od osy motoru k bodu uchycení zátěže (cm) a síly (kg). Pokud montujete např. vrtačku, tak by vás tato hodnota neměla moc znepokojovat. Pokud však chcete na hřídel motoru připevnit pouzdro, musíte mít na paměti, že s rostoucím průměrem pouzdra klesá maximální síla, kterou může motor poskytnout.

Pokud není uvedeno jinak, obsah této wiki je licencován pod následující licencí: CC Attribution-Nonkomerční-Share Alike 4.0 International

Odvozená díla musí obsahovat odkaz na http://wiki.amperka.ru jako původní zdroj, bezprostředně před obsah práce.
Wiki běží na skvělém enginu DokuWiki.

robotics/motors.txt · Poslední úprava: 2020. 02. 14 18:03 — igor

Nástroje stránky

• Zobrazit zdrojový text
• Historie stránky
• Odkazy zde
• nahoře