Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Електродвигуни використовуються для перетворення електричної енергії в механічну, яка потім може бути використана для виконання механічної роботи. Однофазні електродвигуни складаються зі статора або котушки збудження та якоря або ротора, які з'єднані послідовно. Оскільки вони з'єднані послідовно, струм в котушках збільшується однаково, коли подається навантаження, тому вони можуть виробляти велику кількість крутного моменту.
Такі двигуни використовують у багатьох побутових приладах, таких як пилососи, кухонні машини або дрилі. Раніше їх встановлювали в електровозах, а нині досі використовують у трамваях.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні вміти складати і розуміти просте електричне коло. Вони повинні мати загальне уявлення про роботу електродвигуна та знати такі поняття як "ротор", "статор", "комутатор" і "якір".
Принцип
Асинхронний двигун - це електродвигун, в якому котушки статора і ротора з'єднані послідовно. При подачі змінної напруги як поле обмотки збудження, так і струм якоря, змінюють напрямок після кожної напівхвилі так, що результуючий крутний момент продовжує діяти в тому ж напрямку, навіть коли напрямок струму змінюється на протилежний.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
За допомогою цього експерименту учні мають дізнатися про властивості двигуна з шунтом, який також називають серійним (послідовним) двигуном.
Завдання
Спочатку досліджується вплив полярності на напрямок обертання двигуна і визнається, що напрямок обертання якоря змінюється при зміні полярності. Потім вивчається вплив робочої напруги на швидкість обертання якоря і навантаження на двигун. Тут слід зазначити, що швидкість обертання збільшується при збільшенні напруги, а сила струму збільшується при збільшенні навантаження. Нарешті, одну з котушок видаляють з кола і спостерігають, що двигун просто вирівнюється.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Додаткова інформація
Якщо електродвигуни потребують більшої потужності, то їх будують з електромагнітами замість постійних магнітів, оскільки вони можуть генерувати сильніші магнітні поля.
У асинхронних двигунах котушка якоря і котушки збудження з'єднані послідовно.
Електродвигуни, які можуть працювати як з постійним, так і зі змінним струмом, називаються універсальними або двигунами постійного струму. Осердя їхніх котушок, як правило, багатошарові.
Важливою передумовою роботи двигунів є правильне з'єднання двох котушок збудження (намотаних в одному напрямку) статора. В іншому випадку магнітні поля, що генеруються струмопровідними котушками, будуть взаємно компенсувати одне одного.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Електродвигуни використовуються для перетворення електричної енергії в механічну, яка потім може бути використана для виконання механічної роботи.
У цьому експерименті ми вивчаємо двигун з короткозамкненим ротором. Ці двигуни використовуються в багатьох побутових приладах, таких як пилососи, кухонні комбайни або дрилі. Раніше їх встановлювали в електровозах, а нині і досі використовують у трамваях.
За допомогою цього експерименту можна дізнатися про властивості такого двигуна.
Завдання
Які характеристики асинхронних двигунів?
Побудуйте модель електродвигуна, в якому постійний магніт замінено електромагнітом. Дослідіть, які властивості має двигун, коли котушки статора і ротора з'єднані послідовно.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 3 |
| 2 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 3 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 4 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 5 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 2 |
| 6 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 7 | Модель двигуна для навчальних експериментів | 07850-10 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 12 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
| 13 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 1 |
Підготовка (1/2)
- Зберіть модель двигуна як показано на рисунку.
- Встановіть на U-подібне осердя дві котушки і покладіть його догори дном на модель двигуна.
- З'єднайте котушки та обмотки якоря (ротора) послідовно, як показано на рисунку.
Підготовка (2/2)
- Складіть електричну схему відповідно до рисунків. Спочатку вимикач розімкнутий.
- Встановіть якір під кутом і виберіть діапазон вимірювання сили струму 300 мА.
Виконання роботи (1/2)
- Увімкніть блок живлення та встановіть його на 6 В. Замкніть вимикач і при необхідності злегка підштовхніть якір. Дотримуйтесь напрямку обертання якоря.
- Розімкніть вимикач і перемкніть полюси робочої напруги двигуна, помінявши місцями контакти 1 і 2.
- Замкніть вимикач, спостерігайте за напрямком обертання якоря і порівняйте його з попереднім напрямком обертання.
- Розімкніть вимикач, повторіть попереднє реверсування і цього разу поміняйте місцями з'єднання на якорі.
- Знову замкніть вимикач і спостерігайте за напрямком обертання якоря, а потім порівняйте його з попереднім напрямком обертання.
Виконання роботи (2/2)
- Змініть робочу напругу в діапазоні від 4 до 6 В. Слідкуйте за швидкістю обертання якоря.
- Встановіть робочу напругу 6 В і навантажте двигун. Для цього загальмуйте якір, натиснувши пальцем на диск з комутатором. Спостерігайте за частотою обертання та відхиленням амперметра.
- Розімкніть вимикач, від'єднайте одну з двох котушок від кола, повторно під'єднавши з'єднувальний провідник. Виберіть на амперметрі діапазон вимірювання 300 мА ~.
- Встановіть напругу на 12 В~ і коротко замкніть вимикач. Під час цього спостерігайте за двигуном.
- Вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Завдання 3
Вставте слова у відповідні пробіли! Перевага асинхронного двигуна полягає в тому, що він може працювати як на постійному, так і на ____. Це пов'язано з тим, що всі котушки двигуна з'єднані ____, тому зміна ____ джерела напруги не впливає на ____ обертання. Коли двигун навантажений, ____ збільшується, що, в свою чергу, спричиняє високий ____, тому ці двигуни також підходять для важких умов експлуатації, наприклад, для трамваїв. Не потрібно: ____ (прикметник), ____ (іменник).