Синхронний двигун

Потяг ICE Deutsche Bahn, що приводиться в рух електродвигунами

За допомогою електродвигунів електрична енергія перетворюється на механічну. При цьому загалом взаємодіють електричні струми в нерухомій частині (статорі) зі струмами в обертовій частині (роторі). Електродвигуни бувають і у вигляді іграшкових двигунів потужністю кілька ватів, і у вигляді великих електровозів із потужностями в мегаватному діапазоні.

Синхронний двигун належить до двигунів обертового поля. При цьому магнітне поле в статорі обертається з певною частотою, яка щонайбільше може дорівнювати частоті робочої напруги. У звичайному синхронному двигуні ротор складається з постійного магніту або з електромагніту, збудженого постійним струмом, який обертається синхронно з полем статора, що живиться змінним струмом.

Попередні знання

Учні мають уже докладно дослідити й зрозуміти основний принцип електродвигуна постійного струму.

Принцип

Основний принцип електродвигуна ґрунтується на силах притягання чи відштовхування, які магнітні поля різнойменної або однойменної полярності діють одне на одне. Цей принцип справедливий як для двигунів, що живляться постійним струмом, так і для тих, що живляться змінним. У звичайному синхронному двигуні ротор (постійний магніт або збуджений постійним струмом електромагніт) обертається синхронно з полем статора, що живиться змінним струмом.

Навчальна мета

Цей дослід має показати учням, що електродвигуни можуть працювати як від постійного, так і від змінного струму. Крім того, дослід дає уявлення про принцип дії синхронного двигуна.

Завдання

Учні збирають електродвигун, який має живитися змінним струмом. Двигун змінного струму, який треба створити, спочатку має складатися з електромагніту як статора і постійного магніту як ротора. Потім двигун треба перебудувати так, щоб ротор і статор першого варіанта помінялися місцями.

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

УВАГА!

Цілком можливо, що учням не вдасться запустити дослід одразу, якщо вони не підштовхнуть ротор із правильною швидкістю. Слід стежити за тим, щоб напруга 12 вольт була прикладена щонайбільше 2 хвилини. У разі потреби дослід треба ненадовго перервати, щоб котушка охолола.

Вказівки щодо виконання:
Перед початком цього досліду доцільно спершу змастити ротор у підшипниках невеликою кількістю мастила, бо двигун має мати змогу рухатися дуже швидко.

Потяг ICE Deutsche Bahn, що приводиться в рух електродвигунами

Як ти вже докладно вивчив, електродвигуни в усіх галузях техніки є дуже важливими приводними складниками. Основний принцип електродвигуна ти вже точно дослідив. Проте попередні досліди обмежувалися лише двигунами, що живляться постійним струмом. Загалом же від мережевої напруги доступний тільки змінний струм.

Електродвигуни теж можуть працювати від змінного струму. Живлення електродвигуна змінним струмом має ту перевагу, що електромагніт двигуна не треба постійно механічно перемикати за полярністю. У цьому досліді ти дослідиш, як електродвигуни можуть працювати також від змінного струму.

У цьому досліді ти розберешся з принципом дії так званого синхронного двигуна.

Для цього ти збереш електродвигун із:

1. постійним магнітом як ротором і електромагнітом як статором
2. електромагнітом як ротором і постійним магнітом як статором

і спробуєш привести їх у рух змінним струмом.

Вказівка:
Подбай про добре змащування ротора невеликою кількістю мастила, щоб ротор обертався якомога легше.

Схематична будова електродвигуна (ротор: постійний магніт, статор: електромагніт)

УВАГА:Напруга до може діяти на котушку лише короткочасно (щонайбільше 2 хвилини). Якщо ротор доти не запрацює, ти маєш перервати дослід і повторити його лише після охолодження котушки з осердям. Використовуй лише два червоні гнізда котушки.

• Збери електродвигун так, як показано на рисунку поруч: використай постійний магніт як ротор, а електромагніт як статор.

Схематична будова електродвигуна (ротор: постійний магніт, статор: електромагніт)

Дослід 1:

• Подай на котушку статора змінну напругу .
• Сильним поштовхом приведи ротор у швидке обертання.
• Коли ти досягнеш правильної частоти обертання, двигун обертатиметься далі зі сталою швидкістю.
• Потім спробуй запустити ротор змінною напругою .
• Чи змінюється щось у швидкості обертання?

Схематична будова електродвигуна (ротор: електромагніт, статор: постійний магніт)

Дослід 2:

• Тепер збери дослід, показаний на рисунку, і запусти його так само, як першу установку.
• При цій установці особливо зваж на положення ковзних пластинчастих пружин.
• Повтори і тут дослід із напругою і поспостерігай, чи змінюється щось у швидкості обертання.

Установка досліду 1
(ротор: постійний магніт, статор: електромагніт)

Установка досліду 2
(ротор: електромагніт, статор: постійний магніт)

1

2