Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Електродвигуни слугують для перетворення електричної енергії на механічну. Її потім можна використати для виконання механічної роботи. Серійні двигуни складаються з котушок статора (котушок збудження) та котушок якоря (ротора), які з'єднані послідовно. Через послідовне з'єднання сила струму в котушках при навантаженні зростає однаково сильно, тож вони можуть створювати великий обертальний момент. Вони здатні розвивати високу потужність, але працюють порівняно не дуже рівномірно.
Їх застосовують у багатьох побутових приладах, як-от пилососи, кухонні машини чи дрилі. Раніше їх встановлювали в електровозах, а нині досі використовують у трамваях.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти скласти просте електричне коло й розуміти його роботу. Їм має бути загалом відомий принцип дії електродвигуна, і вони мають знати поняття «ротор», «статор», «комутатор» та «якір».
Принцип
Серійний двигун, або двигун послідовного збудження, - це електродвигун, у якому котушки статора й ротора з'єднані послідовно. При живленні змінною напругою і поле збудження, і струм якоря змінюють напрямок після кожної півхвилі, тож результуючий обертальний момент і при зміні напрямку струму й далі діє в той самий бік.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
За допомогою цього досліду учні мають ознайомитися з властивостями серійного двигуна, який називають також двигуном послідовного збудження.
Завдання
Спершу досліджують, як полярність впливає на напрямок обертання двигуна, і встановлюють, що при зміні полярності напрямок обертання якоря змінюється. Далі досліджують вплив робочої напруги на частоту обертання якоря та навантаження двигуна. При цьому слід з'ясувати, що швидкість обертання зростає з напругою, а сила струму при навантаженні збільшується. Насамкінець одну з котушок вилучають з електричного кола і спостерігають, що двигун лише встановлюється в певне положення.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Додаткова інформація
Якщо електродвигуни мають розвивати більшу потужність, їх будують не з постійними магнітами, а з електромагнітами, бо ті здатні створювати передусім сильніші магнітні поля.
У серійному двигуні котушка якоря і котушки збудження з'єднані послідовно.
Електродвигуни, які можуть працювати і на постійному, і на змінному струмі, називають універсальними двигунами. Осердя їхніх котушок зазвичай шихтовані.
Досліди побудовано так, що вони дають лише якісні або напівкількісні результати.
Істотна умова роботи двигунів - правильне з'єднання двох (намотаних в один бік) котушок збудження статора. Інакше магнітні поля, які створюють струмопровідні котушки, взаємно компенсуються.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Електродвигуни слугують для перетворення електричної енергії на механічну. Її потім можна використати для виконання механічної роботи.
У цьому досліді досліджують серійний двигун. Такі двигуни застосовують у багатьох побутових приладах, як-от пилососи, кухонні машини чи дрилі. Раніше їх встановлювали в електровозах, а нині досі використовують у трамваях.
Які властивості має такий серійний двигун, ти дізнаєшся за допомогою цього досліду.
Завдання
Які властивості мають серійні двигуни?
Збери модель електродвигуна, у якій постійний магніт замінено електромагнітом. Досліди, які властивості має двигун, коли котушки статора й ротора з'єднані послідовно.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 | 2 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 | 3 | Cobra SMARTsense Current - Датчик для вимірювання електричного струму ± 1 А (Bluetooth + USB) | 12902-01 | 1 | 4 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 3 | 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 | 6 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 | 7 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 | 8 | Котушка, 400 витків | 07829-01 | 2 | 9 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 | 10 | Модель двигуна для навчальних експериментів | 07850-10 | 1 | 11 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 2 | 12 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 | 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 3 | 14 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 3 | 15 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
|---|
Складання (1/3)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/3)
- 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.
Складання (3/3)
- Зберіть схему відповідно до рисунків. Вимикач спочатку розімкнений.
- Поставте якір навскіс і увімкніть датчик струму послідовно.
Виконання (1/3)
- Увімкніть датчик SMARTsense тривалим натисканням кнопки живлення й переконайтеся, що планшет може з'єднуватися з Bluetooth-пристроями.
- Відкрийте застосунок PHYWE measure App, під'єднайте датчик у розділі «Measure» > «Sensor», а тоді виберіть датчик «Current» (угорі ліворуч).
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти. Для подальшого аналізу вимірювання будь-коли можна знову відкрити в розділі «Мої вимірювання».
Виконання (2/3)
- 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 (3/3)
- Змінюйте робочу напругу в межах від 4 В до 6 В. Спостерігайте при цьому за частотою обертання якоря.
- Встановіть робочу напругу 6 В і навантажте двигун. Для цього пригальмуйте якір, натиснувши пальцем на диск із комутатором. Спостерігайте при цьому за частотою обертання й відхиленням стрілки амперметра.
- Розімкніть вимикач, вимкніть одну з двох котушок з електричного кола, переставивши з'єднувальний провід.
- Встановіть напругу ~ і на короткий час замкніть вимикач. Спостерігайте при цьому за двигуном.
- Вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Завдання 3
Перетягни слова у правильні поля! Перевага серійного двигуна в тому, що він може працювати і на постійному, і на ____. Це пояснюється тим, що всі котушки двигуна з'єднані ____, і тому ____ джерела напруги не впливає на ____. При навантаженні двигуна зростає ____, що своєю чергою зумовлює великий ____, тож такі двигуни придатні й як приводи великої потужності, наприклад у трамваях. Не потрібні: ____ (прикметник), ____ (іменник)