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 шунтовий. У шунтовому двигуні котушки якоря і котушки збудження (котушки ротора і статора) з'єднані паралельно. Двигун обертається (дещо) швидше, якщо підвищити робочу напругу. При навантаженні двигуна робоча сила струму зростає, сила струму збудження майже не змінюється. Через збільшення сили струму якоря при навантаженні зростає обертальний момент якоря, і таким чином потужність двигуна пристосовується до навантаження.
Інша інформація (2/3)
Навчальна мета
Електродвигуни за принципом побудови влаштовані так само, як генератори. Вони перетворюють електричну енергію на механічну. У шунтовому двигуні котушки якоря і котушки збудження (котушки ротора і статора) з'єднані паралельно.
Завдання
Продемонструйте на моделі двигуна будову і принцип дії шунтового двигуна.
Інша інформація (3/3)
Шунтові двигуни мають менший пусковий момент, ніж послідовні двигуни. Зате при не надто великих коливаннях навантаження вони працюють рівномірніше за послідовні двигуни й придатні для приводів, які потребують якомога незмінної частоти обертання (наприклад, у верстатах і ліфтах).
Шунтові двигуни, як і послідовні, називають також універсальними двигунами, бо вони можуть працювати від постійної або змінної напруги.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
У звичайному електродвигуні є нерухома зовнішня частина, а також внутрішня частина, яка обертається всередині неї. Або одна з них має постійні магніти, а інша - електричні котушки, або обидві складові мають котушки. Кожна котушка, якою тече струм, створює магнітне поле, орієнтація якого (північний полюс/південний полюс) залежить від напрямку струму: якщо струм тече крізь котушку у протилежному напрямку, то й магнітне поле обертається. Завдяки постійному перемиканню напрямку струму, тобто відповідній «зміні полярності» котушок під час обертання, досягається неперервне обертання внутрішньої частини. Шунтовий двигун - це двигун постійного струму, у якому якір і обмотка збудження з'єднані паралельно. Це означає, що двигун живиться лише від одного джерела напруги.
У шунтовому двигуні при використанні простого якоря як ротора треба стежити за тим, щоб зміна полярності струму в котушках ротора відбувалася приблизно тоді, коли північний полюс ротора перебуває біля південного полюса котушок статора. Лише так виникає відносно плавний обертальний рух. Шунтовий двигун загалом може працювати й від змінного струму, але має при цьому здебільшого низький коефіцієнт корисної дії, тож його живлять постійним струмом.
Обладнання
Складання та виконання
Складання
- Зберіть установку відповідно до рисунка ліворуч, з розімкненим вимикачем.
- Установіть модель двигуна на тримач, міцно пригвинтіть її та розмістіть під котушками з U-подібним осердям.
- Подайте напругу - і поставте якір двигуна навскіс.
Схема досліду
Виконання (1/2)
- Замкніть вимикач, за потреби легенько підштовхніть якір і запам'ятайте напрям обертання якоря.
- При розімкненому вимикачі змініть полярність робочої напруги двигуна. Замкніть вимикач і поспостерігайте за якорем (1).
- Підвищте напругу приблизно до - і потім знизьте її приблизно до -. Поспостерігайте за частотою обертання якоря (2).
- При розімкненому вимикачі змініть полярність якоря, помінявши місцями контакти 1 і 2, встановіть початкову напругу, замкніть вимикач, поспостерігайте за напрямом обертання якоря і порівняйте його з попереднім (3).
- При розімкненому вимикачі скасуйте зміну полярності якоря і тепер змініть полярність котушок збудження, помінявши місцями контакти 3 і 4. Знову поспостерігайте за напрямом обертання якоря і порівняйте його (4).
Виконання (2/2)
- При розімкненому вимикачі встановіть змінну напругу ~, замкніть вимикач і поспостерігайте за двигуном (5).
- Змініть установку відповідно до рисунка праворуч. Установіть для амперметрів межі вимірювання - (для сили струму якоря) і - (для сили струму збудження).
- Замкніть вимикач і навантажте двигун: пригальмуйте якір натиском пальця на передній шків. Спостерігайте при цьому за частотою обертання і показами амперметрів (6).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
(1) Напрям обертання якоря не змінюється, якщо змінити полярність робочої напруги.
(2) Частота обертання якоря тим більша, чим вища робоча напруга.
(3) Якщо змінити полярність якоря при незмінному напрямку робочої напруги, то напрям його обертання змінюється на протилежний.
(4) Якщо змінити полярність котушок збудження при незмінному напрямку робочої напруги, то напрям обертання якоря змінюється на протилежний.
(5) Двигун працює й тоді, коли живиться змінною напругою.
(6) При навантаженні двигуна частота обертання якоря зменшується. Сила струму якоря зростає приблизно від до приблизно , а сила струму збудження (майже) не змінюється.
Опрацювання результатів
У шунтовому двигуні котушки якоря і котушки збудження (котушки ротора і статора) з'єднані паралельно. Двигун обертається (дещо) швидше, якщо підвищити робочу напругу.
При навантаженні двигуна робоча сила струму зростає (майже лише через зростання сили струму якоря), сила струму збудження майже не змінюється. Через збільшення сили струму якоря при навантаженні зростає обертальний момент якоря, і таким чином потужність двигуна пристосовується до навантаження.
Шунтовий двигун працює й від змінної напруги, бо тоді полюси в статорі й у роторі періодично міняються місцями одночасно.