Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
Металевий диск, установлений з можливістю обертання, який пронизують два зсунуті за фазою магнітні змінні поля, обертається. У диску індукуються вихрові струми, унаслідок чого на цей провідник зі струмом діють сили.
Зсунуті за фазою змінні поля є причиною обертального руху лічильного диска і у звичайних комерційних лічильниках змінного струму.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані з принципом вихрового струму.
Принцип
Через зовнішнє змінне магнітне поле згідно із законом електрогустини магнітного потоку в диску утворюються вихрові струми. Завдяки силовій дії другого зовнішнього магнітного поля, зсунутого за фазою та за розташуванням, на ці вихрові струми диск починає обертатися.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти, як вихрові струми можуть спричиняти обертання.
Завдання
Спостерігай за диском після ввімкнення струму.
Теорія
Через зовнішнє змінне магнітне поле згідно із законом електрогустини магнітного потоку в диску утворюються вихрові струми.
Завдяки короткозамкненому кільцю Томсона, розміщеному в одному з полюсних наконечників, обидва зовнішні магнітні поля зсунуті просторово й за фазою.
Лічильники струму за таким принципом дії - це так звані лічильники Ферраріса (названі на честь італійця Галілео Ферраріса), а алюмінієвий диск у цьому контексті називають також ротором Ферраріса.
Завдяки індукованим вихровим струмам та їхньому просторовому й часовому розташуванню створюється механічний обертальний момент, унаслідок чого диск починає обертатися.
Примітка: у звичайних лічильниках Ферраріса алюмінієвий диск, установлений з можливістю обертання, пронизують змінні поля двох збуджувальних котушок. Одна котушка виконана як струмове коло з дуже малою кількістю витків, друга - як коло напруги з дуже великою кількістю витків і високим імпедансом. Електричний струм, що тече через споживачі, тече також через котушку струмового кола, тоді як до котушки кола напруги прикладена мережева напруга. Обертальний момент, який магнітні поля створюють на диску, при цьому щомиті пропорційний добутку струму й напруги. У багатофазних системах для кожного лінійного провідника потрібна власна котушка у струмовому колі та колі напруги, поля яких додаються.
Осердя котушок струмового кола та кола напруги розташовані біля алюмінієвого диска так, що разом вони створюють магнітне обертове поле, яке приводить диск у рух через індуковані в ньому вихрові струми, як в асинхронному двигуні. Завдяки геометричному розташуванню котушок і тій обставині, що фазовий кут у колі напруги через індуктивність зсунутий на 90°, обертальний момент у кожний момент часу пропорційний добутку сили струму й напруги, тобто електричній активній потужності. Для юстування правильний фазовий зсув у колі напруги можна налаштувати на лічильнику в межах калібрування. Реактивна потужність тоді в середньому за часом не створює обертального моменту й не обліковується. Крім того, часто наявні короткозамикальні скоби з резистивного дроту, якими можна вирівняти обертальний момент для різних ступенів потужності.
Інформація для учнів
Мотивація
Металевий диск, установлений з можливістю обертання, який пронизують два зсунуті за фазою магнітні змінні поля, обертається. У диску індукуються вихрові струми, унаслідок чого на цей провідник зі струмом діють сили.
Зсунуті за фазою змінні поля є причиною обертального руху лічильного диска і у звичайних комерційних лічильниках змінного струму.
Лічильник змінного струму
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | PHYWE Регульований трансформатор із цифровою індикацією, RiSU 2019 пост. струм: 0...20 В, 12 A / змін. струм: 0...25 В, 12 A | 13542-93 | 1 | 2 | Залізне осердя, U-подібне, шихтоване | 06501-00 | 1 | 3 | Основа для залізних осердь | 06508-00 | 1 | 4 | Котушка, 75 витків (первинна) | 06511-01 | 1 | 5 | Полюсні наконечники для залізного осердя, U-подібного | 06493-00 | 1 | 6 | Короткозамкнене кільце Томсона | 06565-00 | 1 | 7 | Алюмінієвий диск | 06564-00 | 1 | 8 | Болт зі штифтом | 02052-00 | 1 | 9 | З'єднувальний провід, 32 А, 750 мм, чорний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07362-05 | 2 | 10 | PHYWE тринога, для 1 стрижня, d ≤ 14 мм | 02002-55 | 1 | 11 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 12 | Прямокутний затискач | 02054-00 | 1 |
|---|
Складання
- Склади дослід за рис. 1.
- Утримуй алюмінієвий диск так, щоб він міг обертатися, на болті зі штифтом (у затискній колонці). Стеж за тим, щоб не виникало зайвого тертя в затиску.
- Нижня частина диска має перебувати між полюсними наконечниками електромагніту. Насади на прорізаний полюсний наконечник короткозамкнене кільце.
Рис. 1
Виконання
- Під час увімкнення струму диск пронизують два зсунуті за фазою магнітні змінні поля: по-перше, поле електромагніту, по-друге, поле змінного струму, індукованого в короткозамкненому кільці.
- Тому після подання напруги диск починає обертатися (прибл. 25 В~).
- Вказівка: якщо диск не обертається, потрібно за потреби трохи зсунути вбік U-подібне залізне осердя. (Проєкція площі короткозамкненого кільця має приблизно наполовину бути вільною, а другою половиною - лежати на диску.)
- Щоб унаочнити різницю у фазовому зсуві, ти можеш зняти короткозамкнене кільце й після цього переконатися, що диск не обертається.
- Щоб змінити напрям обертання, короткозамкнене кільце в полюсному наконечнику з прорізом можна переставити так, щоб воно опинилося з іншого боку полюсного наконечника. Для цього вимкни блок живлення, вийми полюсний наконечник разом із короткозамкненим кільцем і перемісти останнє справа наліво.
Протокол
Завдання (1/3)
Питання
Питання
Завдання (2/3)
Питання
Завдання (3/3)
Перетягни слова у правильні поля! Причиною ____ диска є індуковані в диску ____, через які диск стає провідником зі струмом, на який у ____ діє сила - ____. Оскільки обидва магнітні поля просторово зсунуті й через ____ зсунуті за фазою, унаслідок індукованих вихрових струмів загалом виникає механічний ____, подібно як в асинхронному двигуні.