Загальна інформація
Застосування
Вітрова електростанція як приклад застосування синхронного генератора
Синхронні двигуни належать до двигунів трифазного струму. Ротор (якір) обертається при цьому завжди синхронно з обертовим полем. Тому синхронні двигуни потребують додаткового збудження, яке здійснюється або постійними магнітами, або обмоткою збудження.
Синхронні двигуни застосовують як привід для транспортних засобів, суден, потягів і в промисловості. Найчастіше синхронні машини використовують у генераторному режимі - як синхронні генератори в енергетиці.
Інша інформація (1/4)
Додаткова інформація (1/4)
Попередні знання
Потрібні базові знання про прості електричні кола та про магнетизм (сили між магнітами, магнітні полюси, магнітні поля тощо).
Принцип
Зміни робочої сили струму й навантаження не впливають на частоту обертання синхронного двигуна, вони позначаються лише на допустимій навантажуваності.
Інша інформація (2/4)
Додаткова інформація (2/4)
Навчальна мета
Учні мають виробити розуміння принципу роботи синхронного двигуна.
Завдання
Продемонструй на моделі двигуна будову та принцип дії синхронного двигуна.
Інша інформація (3/4)
Додаткова інформація (3/4)
У моделі, яку використано в досліді, якір не може зробити повного оберту за один період, бо рукою неможливо надати йому потрібної частоти обертання. Він пропускає кілька періодів і лише магнітним полем одного з наступних періодів «підхоплюється». Частота змінного струму й частота обертання двигуна в цій моделі не збігаються. Частота модельного двигуна становить зазвичай .
Синхронні двигуни часто застосовують там, де важлива сталість частоти обертання. У технічному виконанні вони мають кілька пар польових котушок, через які змінний струм тече по черзі в протилежних напрямках. Завдяки цьому якореві за півперіод треба подолати лише відповідно малий кут повороту до наступної польової котушки, і його не потрібно розкручувати.
Інша інформація (4/4)
Додаткова інформація (4/4)
Якщо замість регульованого трансформатора використати універсальний блок живлення зі сталими ступенями змінної напруги, то для зміни робочої напруги з ~ на ~ або ~ треба застосувати перемикальний пристрій відповідно до рисунка. Якби змінювати робочу напругу перемичкою на блоці живлення, то спричинена цим перерва в живленні тривала б для двигуна так довго, що він «випав би з такту».
Перемикальний пристрій
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 3 | З'єднувальний, з роз'ємом, модуль DB | 09401-10 | 2 |
| 4 | Перемикач, модуль DB | 09402-02 | 1 |
| 5 | Котушка 400 витків, модуль DB | 09472-01 | 2 |
| 6 | U-подібний сердечник | 07832-00 | 1 |
| 7 | Настінний тримач для демонстраційного електродвигуна | 07849-00 | 1 |
| 8 | Модель двигуна для демонстраційної дошки | 07850-20 | 1 |
| 9 | Магнітний ротор для моделі демонстраційного двигуна | 07850-21 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 750 мм, червоний | 07362-01 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 750 мм, синій | 07362-04 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 1 |
| 14 | PHYWE Регульований трансформатор із випрямлячем, RiSU 2019 пост. струм: 12 В, 5 A / змін. струм: 15 В, 5 A | 13540-93 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Збери установку відповідно до рисунка.
- Зніми полюсні наконечники моделі двигуна, послабивши гвинти.
- Встав магнітний ротор як якір.
- Міцно пригвинти модель двигуна до тримача. Розмісти тримач на дошці так, щоб полюси магнітного ротора мали однакові й малі відстані до кінців U-подібного осердя.
Виконання
- Встанови на блоці живлення напругу ~.
- Увімкни блок живлення і запусти двигун, обертаючи накатні гайки, законтрені на осі ротора. Поспостерігай за двигуном (1). Зауваження: щоб досягти придатної частоти обертання ротора, потрібна певна вправність. Двигун можна спершу розігнати до великої частоти обертання й за допомогою нитки, намотаної на шківець.
- Зміни робочу напругу двигуна й поспостерігай за ходом ротора (2).
- Навантаж двигун, пригальмовуючи його рукою, і поспостерігай за ним (3).
Спостереження та опрацювання результатів
Спостереження
Якщо двигун розкрутити до придатної частоти обертання, то він зберігає свою частоту обертання.
Якщо змінити робочу напругу (а отже, і робочу силу струму) двигуна, то частота обертання ротора не змінюється.
Якщо навантажити двигун механічно, то за певного навантаження він раптово зупиняється, не стабілізувавши перед тим свій хід на нижчій частоті обертання.
Опрацювання результатів
Змінний струм створює в польових котушках синхронного двигуна змінне магнітне поле, напрямок якого змінюється на протилежний із частотою змінного струму. Магніт, установлений з можливістю обертання (ротор, якір), орієнтується за миттєвим напрямком поля, і він мав би обертатися з тією самою частотою, з якою обертається змінне поле. Але через свою інертність він при вмиканні струму збудження не встигає за швидким обертанням магнітного поля; його спершу треба розігнати до тієї самої частоти обертання, з якою обертається магнітне поле.
Зміни робочої сили струму не впливають на частоту обертання синхронного двигуна, вони позначаються лише на допустимій навантажуваності.
Зміни навантаження також не впливають на його частоту обертання, доки вони тримаються в певних межах. Проте за надто великого навантаження двигун зупиняється; його якір «випадає з такту».