Что такое электрический двигатель физика 8 класс
Перейти к содержимому

Что такое электрический двигатель физика 8 класс

  • автор:

Инфофиз

Урок 36 (дополнительный материал). Принцип действия электродвигателя. Электроизмерительные приборы

Принцип действия электродвигателя.

Электродвигательэто просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Устройство и принцип работы простейшего электродвигателя.

В основе конструкции электрического двигателя лежит эффект, обнаруженный Майклом Фарадеем в 1821 году: что взаимодействие электрического тока и магнита может вызывать непрерывное вращение. Один из первых двигателей, нашедших практическое применение, был двигатель Бориса Семеновича Якоби (1801 –1874), приводивший в движение катер с 12 пассажирами на борту. Однако для широкого использования электродвигателя необходим был источник дешевой электроэнергии — электромагнитный генератор.

Принцип работы электродвигателя очень прост: вращение вызывается силами магнитного притяжения и отталкивания, действующими между полюсами подвижного электромагнита (ротора) и соответствующими полюсами внешнего магнитного поля, создаваемого неподвижным электромагнитом (или постоянным магнитом) — статором.

Вращающаяся часть электрической машины называется ротором (или якорем), а неподвижная — статором. В простом электродвигателе постоянного тока блок катушки служит ротором, а постоянный магнит — статором.

Сложность заключается в том, чтобы добиться непрерывного вращения двигателя. А для этого надо сделать так, чтобы полюс подвижного электромагнита, притянувшись к противоположному полюсу статора, автоматически менялся на противоположный — тогда ротор не замрет на месте, а повернется дальше — по инерции и под действием возникшего в этот момент отталкивания.

Для автоматического переключения полюсов ротора служит коллектор. Он представляет собой пару закрепленных на валу ротора пластин, к которым подключены обмотки ротора. Ток на эти пластины подается через токоснимающие контакты (щетки). При повороте ротора на 180° пластины меняются местами — это автоматически меняет направление тока и, следовательно, полюсы подвижного электромагнита. Так как одноименные полюсы взаимно отталкиваются, катушка продолжает вращаться, а ее полюсы притягиваются к соответствующим полюсам на другой стороне магнита.

Простейший электродвигатель

Простейший электродвигатель работает только на постоянном токе (от батарейки). Ток проходит по рамке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Взаимодействие магнитных полей рамки с током и магнита заставляет рамку поворачиваться. После каждого полуоборота коллектор переключает контакты рамки, подходящие к батарейке, и поэтому рамка вращается.

В некоторых двигателях для создания магнитного поля вместо постоянного магнита служит электромагнит. Витки проволоки такого электромагнита называются обмоткой возбуждения.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п. Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Показанный ниже промышленный электродвигатель работает и на постоянном, и на переменном токе. Его статор – это электромагнит, создающий магнитное поле. Обмотки двигателя поочередно подключаются через щетки к источнику питания. Одна за другой они поворачивают ротор на небольшой угол, и ротор непрерывно вращается.

Промышленный электродвигатель

Электроизмерительные приборы.

Электроизмерительные приборы — класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин.

Группа электромагнитных приборов является наиболее распространенной. Принцип их действия, использованный впервые еще Ф. Кольраушем в 1884 году, основан на перемещении подвижной железной части под влиянием магнитного потока, создаваемого катушкой, по которой пропускается ток. Практическое осуществление этого принципа отличается разнообразием.

Ориентирующее действие магнитного поля на контур с током используют в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы – амперметрах, вольтметрах и др.

Устройство прибора магнитоэлектрической системы

Измерительный прибор магнитоэлектрической системы устроен следующим образом.

Берут лёгкую алюминиевую рамку 2 прямоугольной формы, наматывают на неё катушку из тонкого провода. Рамку крепят на двух полуосях О и О’, к которым прикреплена также стрелка прибора 4. Ось удерживается двумя тонкими спиральными пружинами 3. Силы упругости пружин, возвращающие рамку к положению равновесия в отсутствие тока, подобраны такими, чтобы были пропорциональными углу отклонения стрелки от положения равновесия. Катушку помещают между полюсами постоянного магнита М с наконечниками формы полого цилиндра. Внутри катушки располагают цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линий магнитной индукции в области нахождения витков катушки (см рисунок).

В результате при любом положении катушки силы, действующие на нее со стороны магнитного поля, максимальны и при неизменной силе тока постоянны. Векторы F и –F изображают силы, действующие на катушку со стороны магнитного поля и поворачивающие ее. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока силы упругости со стороны пружины не уравновесят силы, действующие на рамку со стороны магнитного поля. Увеличивая силу тока в рамке в 2 раза, рамка повернётся на угол, вдвое больший. Это происходит потому, что Fm

Силы, действующие на рамку с током прямо пропорциональны силе тока, то есть можно, проградуировав прибор, измерять силу тока в рамке.

Точно так же можно прибор настроить на измерение напряжения в цепи, если проградуировать шкалу в вольтах, причём сопротивление рамки с током должно быть выбрано очень большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряем напряжение.

Дополнительные материалы.

2. Презентация «Электроизмерительные приборы» скачать с Яндекса

Электродвигатели

Конспект по физике для 8 класса «Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели». Как магнитное поле действует на проводник с током. Как магнитное поле действует на рамку с током. Что такое сила Ампера и как определить её направление. Как устроены электродвигатели.

Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели

Опыт Эрстеда показал, что вокруг проводника с током создаётся магнитное поле, которое вызывает отклонение магнитной стрелки.

СИЛА АМПЕРА

Можно наблюдать обратное результатам опыта Эрстеда явление, когда поле магнита действует на проводник с током. Проводник, подключённый к источнику тока, подвесим на тонких проводах. При замыкании цепи проводник двигаться не будет. Но если его поместить между полюсами магнита, то проводник отклонится от своего первоначального положения. Направление движения проводника зависит от направления тока в нём и расположения полюсов магнита.

Проведённый опыт показывает, что магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом. поле.

Эту силу называют силой Ампера, по имени учёного, который впервые обнаружил действие магнитного поля на проводник с током. Как мы видели из опыта, направление силы Ампера зависит от направления тока в проводнике и от направления линий магнитного поля.

Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

ВРАЩЕНИЕ РАМКИ С ТОКОМ

В ряде технических устройств широко используется вращение проводника с током в форме рамки, помещённой в магнитное поле.

Вместо проволоки подключим к источнику тока лёгкую проволочную рамку прямоугольной формы. Поместив слева и справа от неё магниты, замкнём цепь и увидим, что рамка повернётся. Если изменить направление тока, то рамка повернётся другой стороной.

Вращение рамки с током можно объяснить тем, что на правую и на левую сторону рамки действуют силы Ампера, направленные в противоположные стороны. Под действием этих сил и происходит вращение рамки. Таким образом, магнитное поле оказывает вращающее действие на рамку с током.

Свойство рамки с током вращаться в магнитном поле используется в электроизмерительных приборах, таких, как вольтметр и амперметр. Рассмотрим принцип действия таких приборов.

Между полюсами дугообразного магнита находится рамка, удерживаемая в положении равновесия пружиной. К рамке прикреплена стрелка, движущаяся по шкале. При протекании через этот прибор электрического тока рамка под действием силы Ампера поворачивается и вызывает отклонение стрелки. При выключении тока пружина возвращает стрелку к нулевой отметке шкалы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ

Вращение рамки в магнитном поле используется также и в электрических двигателях.

Электрический двигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую работу. Основными частями электродвигателя являются статор и ротор.

Статор (от лат. stator — неподвижный) представляет собой корпус цилиндрической формы, на котором укреплены обмотки, надетые на стальные сердечники. Когда по обмоткам протекает постоянный ток, внутри корпуса возникает магнитное поле.

Ротор (от лат. roto — вращающийся), или якорь двигателя, представляет собой совокупность большого числа рамок, по которым пропускают постоянный ток. Магнитное поле статора действует на рамки, и якорь приходит во вращение.

Чтобы якорь вращался непрерывно, на оси ротора закрепляют коллекторные пластины, которые изменяют направление тока в витках якоря.

Один из первых электродвигателей построил русский учёный, академик Б. С. Якоби в 1834 г. С тех пор электродвигатели получили самое широкое распространение в технике, быту и на транспорте.

В отличие от тепловых двигателей электрические двигатели не выделяют в процессе работы вредных газов, дыма и пара и, следовательно, не загрязняют окружающую среду. КПД электрических двигателей существенно превышает КПД тепловых механизмов.

Борис Семёнович Якоби (1801 — 1874) — русский физик и электротехник, изобрёл электродвигатель, гальванотехнику, исследовал электромагниты.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели».

Принцип работы электродвигателя 8 класс

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Электродвигатель – это просто устройство для эффективного преобразования электрической энергии в механическую.

В основе этого преобразования лежит магнетизм. В электродвигателях используются постоянные магниты и электромагниты, кроме того, используются магнитные свойства различных материалов, чтобы создавать эти удивительные устройства.

Существует несколько типов электродвигателей. Отметим два главных класса: AC и DC.

Электродвигатели класса AC (Alternating Current) требуют для работы источник переменного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой электрической розетке в доме).

Электродвигатели класса DC (Direct Current) требуют для работы источник постоянного тока или напряжения (такой источник Вы можете найти в любой батарейке).

Универсальные двигатели могут работать от источника любого типа.

Не только конструкция двигателей различна, различны способы контроля скорости и вращающего момента, хотя принцип преобразования энергии одинаков для всех типов.

Электродвигатели используются повсюду. Даже дома вы можете обнаружить огромное количество электродвигателей. Электродвигатели используются в часах, в вентиляторе микроволновой печи, в стиральной машине, в компьютерных вентиляторах, в кондиционере, в соковыжималке и т. д. и т. п. Ну а электродвигатели, применяемые в промышленности, можно перечислять бесконечно. Диапазон физических размеров – от размера со спичечную головку до размера локомотивного двигателя.

Показанный ниже промышленный электродвигатель работает и на постоянном, и на переменном токе. Его статор – это электромагнит, создающий магнитное поле. Обмотки двигателя поочередно подключаются через щетки к источнику питания. Одна за другой они поворачивают ротор на небольшой угол, и ротор непрерывно вращается.

Скорость вращения ротора зависит от количества полюсов. При 2 полюсах скорость вращения будет равна скорости вращения магнитного поля, равного максимум 3000 оборотов в секунду при частоте сети 50 Гц. Что бы понизить скорость вдвое, необходимо увеличить количество полюсов в статоре до четырех.

Как работает электродвигатель

Двигатель работает на основе эффекта, обнаруженного Майклом Фарадеем еще в 1821 году. Он сделал открытие, что при взаимодействии электрического тока в проводнике и магнита может возникнуть непрерывное вращение.

В современных электродвигателях вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля используются катушки индуктивности или электромагниты. Если разобрать любой мотор, то Вы увидите намотанные витки проволоки, покрытой изоляционным лаком. Эти витки и есть электромагнит или как их еще называют обмотка возбуждения.

В быту же постоянные магниты используются в детских игрушках на батарейках.

В других же более мощных двигателях используются только электромагниты или обмотки. Вращающаяся часть с ними называется ротор, а неподвижная- статор.

Электрический двигатель состоит из ротора и статора.В роторе стоит катушка, а в статоре-постоянные магниты.Принцип работы электрического двигателя основан на действии постоянного магнита на проводник с током.Электромагнитные двигатели лучше двигателей внутреннего сгорания из-за большего КПД, большей чистоты и тд.

Цель работы: ознакомится с основными деталями электрического двигателя постоянного тока на модели этого двигателя.

Электрический двигатель состоит из ротора и статора.В роторе стоит катушка, а в статоре-постоянные магниты.Принцип работы электрического двигателя основан на действии постоянного магнита на проводник с током.Электромагнитные двигатели лучше двигателей внутреннего сгорания из-за большего КПД, большей чистоты и тд.

В школьном электродвигателе можно изменить направление вращения изменением полярности.

4 Общее устройство электродвигателя: 1-подшипники, 2- задняя крышка статора, 3-обмотка, 4-якорь, 5- сердечник, 6-обмотка якоря, 7-коллектор, 8-передняя крышка, 9-вал, 10-крыльчатка.

1 МОУ Клеванцовская средняя общеобразовательная школа Презентация. Технология. 8 класс. Тема «Коллекторный электродвигатель постоянного тока». Разработал: учитель технологии Абронов Александр Николаевич.

2 Коллекторный электродвигатель постоянного тока Электродвигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую. Первый электродвигатель создал Борис Семёнович Якоби в 1834 году. Электродвигатели используются в пылесосах, холодильниках, магнитофонах, кухонных комбайнах, электродрелях, станках, автомобилях, поездах, космических станциях.

3 Устройство простейшего коллекторного электродвигателя: якорь начинает вращаться из-за отталкивания одноимённых полюсов якоря и статора.

4 Общее устройство электродвигателя: 1-подшипники, 2- задняя крышка статора, 3-обмотка, 4-якорь, 5- сердечник, 6-обмотка якоря, 7-коллектор, 8-передняя крышка, 9-вал, 10-крыльчатка.

5 Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

6 Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

7 Способы изменение частоты вращения вала электродвигателя Путём изменения величины тока возбуждения статора. Чем больше сила тока в статоре, тем выше частота вращения вала электродвигателя. Путём изменения напряжения питания электродвигателя.

8 Преимущества электродвигателей Отсутствие во время работы вредных выбросов Не требуют постоянного обслуживания Можно установить в любом месте Работают в условиях вакуума Не используют легковоспламеняющиеся вещества (бензин, дизельное топливо) Простота использования

Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Электродвигатели переменного тока являются электротехническими устройствами, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую. Электромоторы нашли широкое применение во многих отраслях промышленности для привода всевозможных станков и механизмов. Без такого оборудования невозможна работа стиральных машин, холодильников, соковыжималок, кухонных комбайнов, вентиляторов и других бытовых приборов.

По принципу работы электродвигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные. Асинхронные электромоторы переменного тока наиболее часто применяются в промышленности.

Стоит рассмотреть устройство электродвигателя переменного тока асинхронного.

Данный вид электромоторов состоит из главных частей — статора и ротора. В современных асинхронных электромоторах статор имеет неявно выраженные полюсы.

Ротор асинхронного мотора также состоит из подвергшихся штамповке листов электротехнической стали, и во все его пазы закладывается обмотка.

Учитывая конструкцию ротора, асинхронные электродвигатели подразделяются на устройства с короткозамкнутым ротором и фазным ротором.

Обмотку короткозамкнутого ротора, сделанную из медных стержней, закладывают в пазы ротора. При этом все торцы стержней соединяют при помощи медного кольца. Данный вариант обмотки считается обмоткой типа «беличья клетка». Стоит отметить, что медные стержни в пазах ротора не изолируются. Во многих асинхронных электромоторах «беличью клетку» сменяют литым ротором. Ротор напрессовывается на вал двигателя и является с ним одним целым.

Синхронные электродвигатели устанавливаются в различных электроинструментах, пылесосах, стиральных машинах. На корпусе синхронного электромотора переменного тока имеется сердечник полюса, в котором расположены обмотки. Обмотки возбуждения намотаны и на якорь. Их выводы припаяны ко всем секторам токосъемного коллектора, на которые при использовании графитовых щеток подается напряжение.

Принцип действия электродвигателя переменного тока основан на применении закона электромагнитной индукции. При взаимодействии переменного электрического тока в проводнике и магните может возникнуть непрерывное вращение.

В синхронном электродвигателе якорь вращается синхронно с электромагнитным полем полюса, а у асинхронного электромотора ротор вращается с отставанием от вращающегося магнитного поля статора.

Для работы асинхронного электромотора необходимо, чтобы ротор устройства вращался в более медленном темпе, чем электромагнитное поле статора. При подаче тока на обмотку статора между сердечником статора и ротора возникает электромагнитное поле, которое наводит ЭДС в роторе. Возникает вращающийся момент, и вал электродвигателя начинает вращаться. Из-за трения подшипников или определенной нагрузки на вал, ротор асинхронного двигателя всегда вращается в более медленном темпе.

Принцип работы электродвигателя переменного тока асинхронного заключается в том, что магнитные полюса устройства постоянно вращаются в обмотках электромотора и направление тока в роторе постоянно меняется.

Скорость вращения ротора электромотора асинхронного зависит от общего количества полюсов. Для того чтобы понизить скорость вращения ротора в таком двигателе, требуется увеличить общее количество полюсов в статоре.

В зависимости от напряжения сети фазные обмотки статора асинхронного электромотора могут подсоединяться в «звезду» или «треугольник». Схема электродвигателя переменного тока при подключении его в сеть с напряжением 220 Вольт обмотки соединяются в треугольник, а при подключении в сеть 380 Вольт — схема обмоток имеет вид звезды.

Собрать коллекторный и асинхронный двигатель, используя схемы слайдов.

Технология 8 класс

Тема урока: Электродвигатели

Цель: изучить устройство и принцип действия электрических двигателей различных конструкций; ознакомиться с принципом работы асинхронного двигателя (однофазного), и коллекторного.

— образовательная: углубить знания об устройстве и принципе действия электрических двигателей.

— развивающая: развитие умений и навыков в работе с электрическими машинами.

— воспитательная: формирование интереса к технике, грамотно пользоваться бытовой техникой.

Оборудование и материалы:асинхронный двигатель однофазного тока, коллекторный двигатель, набор инструментов, презентация, книги.

Тип урока: развивающий.

I . Вводная часть.

1. Повторение пройденного материала.

Расскажите о принципе действия электромагнитного реле.

Расскажите о назначении и разновидности контакторов.

Сообщение цели урока.

II . Практическая часть.

Рассмотреть и записать паспортные данные коллекторного и асинхронного двигателя. (Рабочее напряжение, мощность двигателя, частота вращения ротора).

Класс делится на две группы.

Первой группе необходимо разобрать коллекторный двигатель, и разложить детали на верстаке.

Второй группе необходимо разобрать асинхронный двигатель и разложить детали на верстаке.

Для выполнения практической части учащимся предлагается инструкция к работе.

Снять крышку вентилятора охлаждения двигателя.

Снять вентилятор.

Вывернуть винты, стягивающие боковины двигателя.

Снять боковины двигателя.

Снять траверзу со щёткодержателями.

Отделить якорь от статора.

Разложить детали на верстаке.

Вопрос: какие трудности возникли при выполнении практической работы?

Изложение программного материала.

Ответы на ваши вопросы мы найдём в процессе нашего урока, где рассмотрим устройство и принцип действия электродвигателей различного типа.

Скажите, где в быту и промышленности применяются электродвигатели? (Электробритва, швейная машина, пылесос, электродрель, холодильник, электротранспорт, станки, и многое другое).

Слайды № 2; 3; 4; 5; 6.

Коллекторный двигатель состоит из: станины индуктора; якоря; вала якоря; коллектора; траверзы со щёткодержателями; боковыми крышками; выходными клеммами.

Такие двигатели подразделяются на:

Двигатели переменного тока, станина и сердечник которых, выполнены из листов электротехнической стали;

Двигатели постоянного тока, у которых названные детали изготавливаются сплошными.

Обмотка возбуждения электромагнита в двигателях переменного тока включается последовательно с обмоткой якоря. При таком соединении весь ток якоря проходит по обмотке возбуждения, обеспечивая большой пусковой момент двигателя.

Слайды № 10; 11; 12;

Асинхронные двигатели имеют свои:

— преимущества – просты по устройству, надёжны в работе и применяются во всех отраслях народного хозяйства;

— недостатки – невозможность получения постоянного числа оборотов (по сравнению с коллекторными); при пуске имеют большой ток, чувствительны к колебаниям напряжения в сети. Из общего количества выпускаемых электродвигателей — 95% — асинхронные.

Квартирная электропроводка является однофазной. Поэтому для использования трёхфазного асинхронного двигателя в домашних условиях, необходимо подключать дополнительно конденсаторы. (Радиотехнический элемент способный накапливать и отдавать электрический заряд)

Схемы включения трёхфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть: а – при соединении фаз обмотки статора звездой; б – при соединении фаз обмотки статора треугольником.

Недостатком такого способа является использование дорогостоящих бумажных конденсаторов большой ёмкости (на каждые 100 Вт мощности, необходимо установить конденсаторы ёмкостью 10 мкФ на напряжение 250-450В

Электрическая схема включения асинхронного однофазного двигателя в сеть

Практическая работа (продолжение).

Используется предложенная ранее инструкция по выполнению практической работы.

Определить, какой вид двигателя используется в механизмах на рисунках слайдов 16; 17.

Используя полученные знания изучить детали разобранных ранее двигателей, дать правильное название каждой детали.

Собрать коллекторный и асинхронный двигатель, используя схемы слайдов.

Заключительная часть.

Проверить правильность сборки двигателей. Группы меняются рабочими местами, и оценивают работу , выполненную другими. Выставление оценок.

Домашнее задание: п. 2.12 «Электрические двигатели» стр.129. Ответить на контрольные вопросы.

Уборка рабочих мест.

Приложение к уроку:

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ

Чередование теоретической и практической части

Применение компьютерной презентации

Большую роль в изучении любого материала играет применение компьютерной техники. Разработанная мной презентация данного урока, где использована компьютерная анимация слайдов, позволяет в более доступной форме представить учащимся устройство электродвигателя.

Межпредметная связь

Изучение раздела «электричество в нашей квартире», может являться фундаментом для дальнейшего изучения темы «электричество» по физике. Явление электромагнитной индукции и магнитного поля легче усвоить, имея наглядное оборудование, действующее на их основе, нежели изучать их по плакатам и макетам.

Практическое применение

В подведении итогов урока учащимся предложено самим определить, какой вид электродвигателя используется в промышленной и бытовой технике. Это поможет им в определённой жизненной ситуации.

Данный урок позволяет формировать логическое мышление, умение сравнивать, классифицировать, переносить знания в нестандартные ситуации, творчески мыслить, оценивать себя и других, применять полученные знания на практике.

Посмотрите, как выглядит вращающийся ротор двигателя. Он состоит из якоря и коллектора.

Урок 45. Технология 8 класс ФГОС

Конспект урока «Двигатели постоянного тока»

Прежде всего давайте определимся какую функцию выполняют двигатели. Они превращают электрическую энергию в механическую.

Первый электрический двигатель был создан в 1834 году русским учёным Борисом Семёновичем Якоби.

В деятельности человека находят свое применение электродвигатели самых разных конструкций. В производстве их используют для того, чтобы привести в движение станки и механизмы, трамваи, троллейбусы, электровозы и многое другое. Электродвигатели используются даже в игрушках.

Почему же все-таки именно электродвигатели, а не паровые двигатели или, например двигатели внутреннего сгорания? Основным преимуществом двигателя, работающего на электричестве, можно назвать то, что при его работе не выделяются вредные газы, дым или пар. Для их работы не нужны запасы топлива или воды. Электродвигатели легко установить в любом удобном месте: и на стене, и под полом трамвая или троллейбуса и даже в колесах лунохода.

Поскольку якорь – это электромагнит, то у него должны быть южный и северный полюса.

Давайте узнаем, как они образуются.

Щётки соединяются с источником тока так, как показано на рисунке. Благодаря такому соединению электрический ток, который проходит по обмотке якоря делает одну сторону якоря северным полюсом, а вторую – южным.

По схеме видно, что северный полюс якоря располагается рядом с северным полюсом статора, а южный полюс якоря – рядом с южным полюсом статора.

Одноименные магнитные полюса отталкиваются, и якорь начинает вращаться. Вместе с якорем поворачивается и коллектор.

Северный полюс якоря при вращении притягивается к южному полюсу статора. Но еще до того как они сблизятся полукольца коллектора притягиваются друг к другу и полярность якоря опять изменяется. То есть меняется направление тока в обмотке якоря. Другими словами, коллектор в электродвигателе – это специальный переключатель, который меняет направление в обмотке якоря автоматически.

Как только полярность якоря меняется, полюса вновь отталкиваются друг от друга и вращение продолжается.

В основном в качестве постоянного магнита для создания магнитного тока используют электромагниты.

Существует два способа подключения обмотки возбуждения к источнику тока: параллельно по отношению к обмотке якоря и последовательно ей.

От того каким именно способом присоединена обмотка возбуждения зависят свойства электродвигателя.

Если подключение параллельное, то с увеличением механической нагрузки на вал число оборотов двигателя практически не меняется. Двигатели с таким видом соединения обмотки возбуждения к якорю чаще всего используются для привода станков.

При последовательном соединении с увеличением механической нагрузки на вал, число оборотов резко уменьшается. Двигатели такого рода находят свое применение на электрическом транспорте.

По сравнению с полем постоянных магнитов, электромагнитное возбуждение двигателя позволяет не только усилить магнитное поле, но и управлять его интенсивностью.

Для того, чтобы управлять интенсивностью магнитного поля нужно реостатом менять величину тока в цепи обмотки возбуждения. Этим изменяется число оборотов двигателя.

Еще один способ менять число оборотов двигателя – смена напряжения на его зажимах. Но этот способ – более дорогой. Поскольку, если через реостат проходит весь ток двигателя, то появляются дополнительные потери электроэнергии.

Понятно, что мы рассмотрели очень упрощенную модель электродвигателя. Настоящий имеет более сложное строение.

В основном вместо постоянного магнита для создания магнитного поля статора используется мощный электромагнит. Обмотка возбуждения такого двигателя одновременно выполняет роль обмотки одного из полюсов. Соединять обмотки полюсов надо так, чтобы полюсные наконечники сердечников имели разную полярность, которая будет обращена к якорю.

Посмотрите, как выглядит вращающийся ротор двигателя. Он состоит из якоря и коллектора.

Чтобы коэффициент полезного действия двигателя возрастал, нужно на сердечнике якоря разместить несколько обмоток. Это приводит к тому, что в коллектор входит не два полукольца, а много медных пластин. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя.

Графитовые щётки накладывают на коллектор. К гладкой поверхности коллектора щётки прижимают с помощью пружин. Движение якоря по валу напрямую передается рабочим органам потребителя. Вращается вал в подшипниках, которые запрессованы в переднюю и заднюю крышки статора. Охлаждается двигатель вентилятором, крыльчатка которого располагается на валу.

Подведем итоги урока.

Сегодня мы с вами говорили о двигателе постоянного тока. Выяснили устройство и принцип действия коллекторного электродвигателя. Узнали, что у него две основные части: неподвижная часть — статор, который представляет собой магнит, создающий постоянное магнитное поле. И вращающаяся часть – ротор. Составные части ротора – якорь и коллектор. Электрический ток от источника подается на обмотку якоря через щётки.

Рассмотрели два случая подключения обмотки возбуждения к источнику тока в роторе, состоящем из электромагнита.

И познакомились с устройством настоящего рабочего электродвигателя.

После просмотра предложенного видеоматериала и в соответствии с учебником “ФИЗИКА” А. В. Перышкин страница 230, переходим к оформлению лабораторной работы.

Тема. Лабораторная работа №10

Учебник “ФИЗИКА” А. В. Перышкин страница 230.
Знакомимся с инструкцией безопасности при проведении лабораторной работе № 10.
В видео уроке называют лабораторную работу № 9, по нашему плану уроков она №10.

Знакомимся с материалом посвященному электрическому двигателю постоянного тока.
Знакомимся с описанием принципа работа электрическому двигателю постоянного тока

С работой электрического двигателя переменного тока знакомит следующий видеоролик

После просмотра предложенного видеоматериала и в соответствии с учебником “ФИЗИКА” А. В. Перышкин страница 230, переходим к оформлению лабораторной работы.

Образец-заготовка Оформление лабораторной работы №10 или в формате MS Word Оформление лабораторной работы №10

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Конспект урока

Естествознание, 11 класс

Урок 10. Принцип работы электрогенераторов и электродвигателей

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

  • Действие какой силы лежит в основе работы электрогенератора и электродвигателя.
  • Каковы основные узлы электрогенератора и электродвигателя.
  • Где используют электродвигатели.
  • В чём преимущества и недостатки электродвигателей по сравнению с тепловыми.

Глоссарий по теме:

Генераторы – это электрические машины, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.

Электродвигатели – это электрические машины, которые, наоборот, электрическую энергию преобразуют в механическую (в виде вращения вала).

Коллектор – это полый цилиндр, набранный из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга и от вала.

Щётки – деталь щёточно-коллекторного узла в электродвигателях.

Сила Лоренца – сила, действующая на движущийся со скоростью заряд q со стороны магнитного поля.

Индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

  1. Естествознание. 11 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., – М.: Просвещение, 2017.: с 53 -58.
  2. Элементарный учебник физики под редакцией академика Г.С. Ландсберга. Том 2. Электричество и магнетизм.–12-е изд. – М.:ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 480 с.
  3. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М. Сэндс Фейнмановские лекции по физике. Том 5. Электричество и магнетизм.–М.: Либроком, 2016.– 304 с. Электронный ресурс: http://ftfsite.ru/wp-content/files/fiz_feynman_5_elmag_2.1.pdf

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Английский учёный Фарадей Майкл (1791-1867) сформулировал Закон электромагнитной индукции (открыт 29.08.1831г.): если на замкнутый проводник будет действовать изменяющееся магнитное поле, то по нему будут протекать токи называемые индукционными.

Русский физик Ленц Эмилий Христианович в 1834 году сформулировал принцип (правило), который назван именем учёного: индукционные токи всегда имеют такое направление, что созданное ими магнитное поле всегда стремится устранить причину, их вызвавшую.

Голландский учёный Хендрик Лоренц показал, что эти процессы связаны с силой, действующей на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле. Сила Лоренца – это такая сила, которая действует на движущийся со скоростью заряд q со стороны магнитного поля и равна произведению вектора магнитной индукции, заряда частицы, скорости движения этой частицы и угла (альфа) между вектором магнитной индукции и скоростью частицы.

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: для положительного заряда: если левую руку расположить так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а четыре пальца, сложенные вместе, показывали направление скорости движения положительного заряда, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы; если заряд отрицательный, то сила будет направлена в противоположную сторону.

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает.

Роль выпрямителя в электрических машинах выполняет коллектор.

Щетки в электрических машинах располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса. Щётки электродвигателя постоянного тока изготавливают из углеродных или графитных структур, создавая над вращающимся коллектором скользящий контакт. Используют их для передачи тока от внешнего контура на вращающуюся форму коллектора.

Направление индуктированного тока во внешней цепи с коллектором будет оставаться постоянным.

К электрическим машинам относятся:

Генераторы – это электрические машины, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.

Электродвигатели – это электрические машины, которые, наоборот, электрическую энергию преобразуют в механическую.

В генераторе коллектор используется для выпрямления переменного тока в постоянный, а в электродвигателе коллектор применяется для распределения тока в проводниках.

Применение электрических двигателей:

— для привода электрифицированных транспортных средств (троллейбусов, трамваев, электровозов).

Преимущества электродвигателей по сравнению с тепловыми:

— не загрязняют атмосферу,

— не нужен запас топлива,

— КПД достигает до 98 %.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза и увеличении силы тока в 3 раза?

Варианты ответа:

а) увеличится в 9 раз;

б) уменьшится в 9 раз;

Задание 2. Установите правильную последовательность появления основных законов и правил:

1. процессы связаны с силой, действующей на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле.

2. если на замкнутый проводник будет действовать изменяющееся магнитное поле, то по нему будут протекать токи называемые индукционными.

3. индукционные токи всегда имеют такое направление, что созданное ими магнитное поле всегда стремится устранить причину, их вызвавшую.

Схему асинхронного двигателя с указанием его деталей легко найти в интернете или в пособиях.

Преимущества асинхронных двигателей

Благодаря тому, что устройство и принцип работы асинхронного электродвигателя достаточно просты, он обладает массой преимуществ и широко применяется во всех сферах народного хозяйства и в быту. Двигатели этого типа характеризуются:

  • Надежностью и долговечностью. Отсутствие контакта между подвижными и неподвижными деталями сводит к минимуму возможность износа и поломок.
  • Низкой стоимостью. Они доступны (не зря 90% от всех выпускающихся в мире двигателей именно асинхронные).
  • Простотой эксплуатации. Для того чтобы использовать их, не обязательно иметь специальные знания и навыки.
  • Универсальностью. Их можно установить практически на любое оборудование.

Изобретение асинхронного электродвигателя было значимым вкладом в развитие науки, промышленности и сельского хозяйства. С ним наша жизнь стала более комфортной.

Электрический двигатель

Нажмите, чтобы узнать подробности

Электрический двигатель Электрический двигатель — электрическая машина, с помощью которой электрическая энергия преобразуется в механическую, для приведения в движение различных механизмов. Электродвигатель является основным элементом электропривода.

Строение электрического двигателя

Строение электрического двигателя

Электродвигатели

Электродвигатели

Электродвигатели постоянного тока Двигатель постоянного тока состоит из шести основных частей: ротора, статора, коллектора, оси, магнитного поля и щеток. Его основная функция — производить механическую энергию с помощью подаваемого тока. Магнитное поле создается при поддержке двух могущественных агентов, присутствующих на обоих концах. Стационарная часть двигателя известна как статор, который имеет магнитное поле и два магнита вместе с корпусом. Ось и коммутатор помогают ротору вращаться в соответствии с магнитным полем статора. Коммутатор прикреплен к статору с помощью обмотки, по которой течет электричество. При подаче тока из-за разницы крайних значений обмотки и магнитов ротор движется вместе со статором, заставляя двигатель выполнять свои функции. Различные типы двигателей постоянного тока работают по-разному в зависимости от требований, но основной принцип остается неизменным. Наличие пружин и других компонентов в некоторой степени увеличивает стоимость и размеры.

Электродвигатели постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из шести основных частей: ротора, статора, коллектора, оси, магнитного поля и щеток. Его основная функция — производить механическую энергию с помощью подаваемого тока. Магнитное поле создается при поддержке двух могущественных агентов, присутствующих на обоих концах. Стационарная часть двигателя известна как статор, который имеет магнитное поле и два магнита вместе с корпусом. Ось и коммутатор помогают ротору вращаться в соответствии с магнитным полем статора. Коммутатор прикреплен к статору с помощью обмотки, по которой течет электричество. При подаче тока из-за разницы крайних значений обмотки и магнитов ротор движется вместе со статором, заставляя двигатель выполнять свои функции. Различные типы двигателей постоянного тока работают по-разному в зависимости от требований, но основной принцип остается неизменным. Наличие пружин и других компонентов в некоторой степени увеличивает стоимость и размеры.

Электродвигатели переменного тока Есть две основные части двигателя переменного тока, известные как статор и ротор. Статор — это неподвижная часть, вокруг которой есть катушки, которые создают магнитное поле с помощью этого, ротор перемещается при приложении крутящего момента. Есть и другие компоненты двигателя переменного тока, включая подшипник, раму и обмотку, которые помогают в работе. Оба типа двигателей работают по своим принципам. Асинхронный двигатель использует ротор и магнитное поле, которое создается с помощью индуцированного тока, этот тип двигателя также известен как асинхронный двигатель. Второй тип двигателя, синхронный, не зависит от индукции и использует частоту ротора и магнитное поле, которое в этом случае создается с помощью постоянного магнита и имеет более высокую скорость по сравнению с асинхронным двигателем.

Электродвигатели переменного тока

Есть две основные части двигателя переменного тока, известные как статор и ротор. Статор — это неподвижная часть, вокруг которой есть катушки, которые создают магнитное поле с помощью этого, ротор перемещается при приложении крутящего момента. Есть и другие компоненты двигателя переменного тока, включая подшипник, раму и обмотку, которые помогают в работе. Оба типа двигателей работают по своим принципам. Асинхронный двигатель использует ротор и магнитное поле, которое создается с помощью индуцированного тока, этот тип двигателя также известен как асинхронный двигатель. Второй тип двигателя, синхронный, не зависит от индукции и использует частоту ротора и магнитное поле, которое в этом случае создается с помощью постоянного магнита и имеет более высокую скорость по сравнению с асинхронным двигателем.

Сравнительная таблица Двигатель постоянного тока Двигатель переменного тока Используется для крупномасштабных приложений Используется для небольших приложений Власть Переменная в большом диапазоне от 1 до 100 Вт. Состав Сложный Простой Коэффициент продуктивности Двигатели постоянного тока дешевле, но по сравнению с ними тяжелее и больше по размеру. Двигатели переменного тока более дорогие, но имеют более легкую конструкцию.

Двигатель постоянного тока

Двигатель переменного тока

Используется для крупномасштабных приложений

Используется для небольших приложений

Переменная в большом диапазоне

Коэффициент продуктивности

Двигатели постоянного тока дешевле, но по сравнению с ними тяжелее и больше по размеру.

Двигатели переменного тока более дорогие, но имеют более легкую конструкцию.

Принцип работы электродвигателя 1. Согласно закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F. 2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F.

Принцип работы электродвигателя

1. Согласно закону Ампера на проводник с током I в магнитном поле будет действовать сила F.

2. Если проводник с током I согнуть в рамку и поместить в магнитное поле, то две стороны рамки, находящиеся под прямым углом к магнитному полю, будут испытывать противоположно направленные силы F.

Принцип работы электродвигателя 3. Силы, действующие на рамку, создают крутящий момент или момент силы, вращающий ее. 4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.

Принцип работы электродвигателя

3. Силы, действующие на рамку, создают крутящий момент или момент силы, вращающий ее.

4. Производимые электродвигатели имеют несколько витков на якоре, чтобы обеспечить больший постоянный момент.

Принцип работы электродвигателя 5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.

Принцип работы электродвигателя

5. Магнитное поле может создаваться как магнитами, так и электромагнитами. Электромагнит обычно представляет из себя провод намотанный на сердечник. Таким образом, по закону электромагнитной индукции ток протекающий в рамки будет индуцировать ток в обмотки электромагнита, который в свою очередь будет создавать магнитное поле.

Применение электрических двигателей Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), в промышленности (для выкачивания нефти из скважины) в быту (в электробритвах). Электродвигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тепловыми, а также гораздо более высокий КПД, кроме того они не выделяют газов, дыма и пара, то есть более экологически чистые.

Применение электрических двигателей

Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), в промышленности (для выкачивания нефти из скважины) в быту (в электробритвах). Электродвигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тепловыми, а также гораздо более высокий КПД, кроме того они не выделяют газов, дыма и пара, то есть более экологически чистые.

История создания электродвигателя Первый реальный электрический двигатель представил русско-прусский ученый Борис Якоби в 1834г. Двигатель состоял из двух частей – неподвижной и вращающейся. Его мощность составляла около 15 Вт, а источником тока были гальванические батареи. Опять же из-за маленькой мощности данный двигатель не имел практического применения.

История создания электродвигателя

Первый реальный электрический двигатель представил русско-прусский ученый Борис Якоби в 1834г. Двигатель состоял из двух частей – неподвижной и вращающейся. Его мощность составляла около 15 Вт, а источником тока были гальванические батареи. Опять же из-за маленькой мощности данный двигатель не имел практического применения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *