Загальна інформація
Застосування
Електромобіль з електродвигуном
Електродвигуни за принципом побудови влаштовані так само, як генератори. Вони перетворюють електричну енергію на механічну. У звичайних електродвигунах котушки провідників, якими тече струм, створюють магнітні поля, взаємні сили притягання і відштовхування яких перетворюються на рух. Тим самим електродвигун є протилежністю дуже схоже влаштованого генератора, який перетворює механічну потужність на електричну. Електродвигуни здебільшого створюють обертальні рухи, але їх можна побудувати й для поступальних рухів (лінійний привід). Електродвигуни застосовують для приводу багатьох пристроїв, робочих машин і транспортних засобів. У звичайному електродвигуні є нерухома зовнішня частина, а також внутрішня частина, яка обертається всередині неї.
Інша інформація (1/3)
Попередні знання
Потрібні базові знання про прості електричні кола та про магнетизм (сили між магнітами, магнітні полюси, магнітні поля тощо).
Принцип
Двигун працює як серійний двигун. У ньому обмотки збудження та обмотки якоря з'єднані послідовно. Напрям обертання якоря змінюється лише тоді, коли змінити полярність або обмотки якоря, або обмотки збудження. Після зміни полярності робочої напруги напрям обертання не змінюється, бо при цьому полярність змінюється і в обмотки якоря, і в обмотки збудження. Тому цей двигун може працювати як від постійної, так і від змінної напруги. Тоді всі полюси завжди міняються місцями одночасно й періодично.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Електродвигуни за будовою в принципі такі самі, як генератори. Вони перетворюють електричну енергію на механічну. У серійному двигуні котушка статора (або котушки статора) і ротор з'єднані послідовно.
Завдання
Продемонструй на моделі двигуна будову та принцип дії серійного двигуна.
Інша інформація (3/3)
Вимкнення однієї котушки збудження під час роботи на змінному струмі необхідне, бо інакше з наявними ~ не вдалося б досягти достатньої робочої сили струму.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
У звичайному електродвигуні є нерухома зовнішня частина та внутрішня частина, що обертається в ній. Або одна з них має постійні магніти, а інша - електричні котушки, або обидві складові мають котушки. Кожна котушка, через яку тече струм, створює магнітне поле, орієнтація якого (північний полюс/південний полюс) залежить від напряму струму: якщо струм тече крізь котушку у протилежному напрямі, то й магнітне поле обертається. Завдяки постійному перемиканню напряму струму, тобто відповідній "зміні полярності" котушок під час обертання, досягається неперервне обертання внутрішньої частини. У серійному двигуні котушка статора (або котушки статора) і ротор з'єднані послідовно.
Оскільки струм тече крізь усі частини (котушки статора та якір) в одному напрямі, зміна полярності джерела напруги не приводить до зміни напряму обертання двигуна. Звідси випливає велика перевага серійного двигуна: серійні двигуни можуть працювати як від постійного, так і від змінного струму. Проте потрібні для роботи напруги різняться між постійною та змінною, бо за постійної напруги для протікання струму визначальним є омічний опір, а за змінної - індуктивний опір котушок. Також під час роботи на змінному струмі різні типи якорів по-різному впливають на плавність ходу двигуна.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Збери установку відповідно до зображення ліворуч із розімкненим вимикачем.
- Установи модель двигуна на тримач, пригвинти її і розмісти під котушками з U-подібним осердям.
- Подай напругу - і встанови якір двигуна під кутом.
Виконання (1/2)
- Замкни вимикач, за потреби злегка підштовхни якір і запам'ятай напрям обертання якоря.
- За розімкненого вимикача зміни полярність робочої напруги двигуна.
- Замкни вимикач, поспостерігай за напрямом обертання якоря і порівняй його з попереднім (1).
- За розімкненого вимикача поверни полярність робочої напруги назад і тепер зміни полярність під'єднань на якорі.
- Замкни вимикач, поспостерігай за напрямом обертання якоря і порівняй його з напрямом обертання на початку досліду (2).
- Змінюй робочу напругу між - і - і спостерігай при цьому за частотою обертання якоря (3).
- Розімкни вимикач, установи замість модуля, позначеного цифрою 1, модуль із розімкненим провідником і під'єднай амперметр із діапазоном вимірювання -.
Виконання (2/2)
- Знову встанови робочу напругу - і навантаж двигун. Для цього загальмуй якір, натиснувши пальцем на передній шків. Поспостерігай за частотою обертання та за поведінкою амперметра (4).
- За розімкненого вимикача зміни установку відповідно до зображення праворуч. Вимкни одну з двох котушок збудження з електричного кола і встанови діапазон вимірювання ~.
- Подай напругу ~, замкни коло і поспостерігай за двигуном (5).
Схема досліду
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
(1) Напрям обертання якоря не змінюється, коли змінити полярність робочої напруги.
(2) За незмінної робочої напруги напрям обертання змінюється на протилежний, коли змінити полярність якоря.
(3) Частота обертання двигуна тим більша, чим вища робоча напруга.
(4) Зі зростанням навантаження двигуна частота обертання зменшується, а робоча сила струму зростає.
(5) Двигун працює й тоді, коли живиться змінною напругою.
Опрацювання результатів
Використаний у досліді двигун працює як серійний двигун. У ньому обмотки збудження та обмотки якоря з'єднані послідовно. Тому його називають двигуном послідовного збудження, або серійним двигуном.
Напрям обертання якоря змінюється лише тоді, коли змінити полярність або обмотки якоря, або обмотки збудження. Після зміни полярності робочої напруги напрям обертання не змінюється, бо при цьому полярність змінюється і в обмотки якоря, і в обмотки збудження. Тому цей двигун може працювати як від постійної, так і від змінної напруги. Тоді всі полюси завжди міняються місцями одночасно й періодично.
Оскільки серійний двигун може працювати і від постійного, і від змінного струму, його називають також універсальним двигуном. Його частота обертання зростає зі збільшенням напруги.
Його робоча сила струму зростає зі збільшенням навантаження, звідси для нього випливає більший обертальний момент і, отже, вища пускова здатність.