Travail de laboratoire numéro 9 étude du moteur électrique. Nous comprenons les principes de fonctionnement des moteurs électriques : les avantages et les inconvénients des différents types. Principe de fonctionnement synchrone du moteur électrique en vidéo
Place de la leçon dans le programme de travail : 55 leçon, une des leçons du thème « Phénomènes électromagnétiques ».
Le but de la leçon : Expliquer la structure et le principe de fonctionnement d'un moteur électrique.
Tâches:
étudier le moteur électrique à l'aide d'une méthode pratique - effectuer des travaux de laboratoire.
apprendre à appliquer les connaissances acquises dans des situations non standard pour résoudre des problèmes ;
développer la réflexion des élèves pour continuer à travailler les opérations mentales d'analyse, de comparaison et de synthèse.
poursuivre la formation de l'intérêt cognitif des élèves.
Objectif méthodique : application de technologies d'économie de santé dans les cours de physique.
Formes de travail et types d'activités dans la leçon : tester les connaissances, en tenant compte des caractéristiques individuelles des élèves ; le travail de laboratoire est effectué en microgroupes (paires), mettant à jour les connaissances des étudiants de manière ludique; explication du nouveau matériel sous la forme d'une conversation avec une expérience de démonstration, l'établissement d'objectifs et la réflexion.
Pendant les cours
1) Vérification des devoirs.
Le travail indépendant (multiniveaux) est effectué pendant les 7 premières minutes de la leçon.
1er niveau.
2ème niveau.
Niveau 3.
2). Apprentissage de nouveau matériel. (15 minutes).
L'enseignant communique le sujet de la leçon, les élèves forment un objectif.
Mise à jour des connaissances. Le jeu "oui" et "non"
L'enseignant lit la phrase, si les élèves sont d'accord avec l'énoncé, ils se lèvent, sinon, ils s'assoient.
Le champ magnétique est généré par des aimants permanents ou du courant électrique.
Il n'y a pas de charges magnétiques dans la nature.
Le pôle sud de l'aiguille magnétique indique le pôle sud géographique de la terre.
Un électro-aimant est une bobine avec un noyau de fer à l'intérieur.
Les lignes de force du champ magnétique sont dirigées de gauche à droite.
Les lignes le long desquelles les flèches magnétiques sont placées dans un champ magnétique sont appelées lignes magnétiques.
Plan de présentation.
L'action d'un champ magnétique sur un conducteur avec du courant.
Dépendance de la direction du mouvement du conducteur sur la direction du courant dans celui-ci et sur l'emplacement des pôles magnétiques.
Le dispositif et le fonctionnement du moteur électrique à collecteur le plus simple.
Le mouvement d'un conducteur et d'un cadre avec un courant dans un champ magnétique.
Le dispositif et le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu.
Briefing de sécurité.
Le travail est effectué comme décrit dans le tutoriel page 176.
4La dernière étape de la leçon.
Tâche. Deux faisceaux d'électrons sont repoussés et deux fils parallèles, à travers lesquels le courant circule dans une direction, sont attirés. Pourquoi? Est-il possible de créer des conditions dans lesquelles ces conducteurs se repousseront également ?
Réflexion.
Qu'avez-vous appris de nouveau ? Cette connaissance est-elle nécessaire dans la vie de tous les jours ?
Des questions:
Qu'est-ce qui détermine la vitesse du rotor dans le moteur électrique?
Qu'est-ce qu'on appelle un moteur électrique ?
P . 61, composez une grille de mots croisés sur le thème « phénomènes électromagnétiques.
Appendice.
1er niveau.
1.Comment les pôles opposés et semblables des aimants interagissent-ils ?
2. Est-il possible de découper un aimant de sorte que l'un des aimants obtenus n'ait qu'un pôle nord et que l'autre n'ait qu'un pôle sud ?
2ème niveau.
Pourquoi le corps de la boussole est-il fait de cuivre, d'aluminium, de plastique et d'autres matériaux, mais pas de fer ?
Pourquoi les rails et les bandes d'acier se trouvant dans l'entrepôt s'avèrent-ils magnétisés après un certain temps ?
Niveau 3.
1. Dessinez le champ magnétique de l'aimant en fer à cheval et indiquez la direction des lignes de force.
2. Deux broches sont attirées vers le pôle sud de l'aimant. Pourquoi leurs élévateurs repoussent-ils ?
1er niveau.
1.Comment les pôles opposés et semblables des aimants interagissent-ils ?
2. Est-il possible de découper un aimant de sorte que l'un des aimants obtenus n'ait qu'un pôle nord et que l'autre n'ait qu'un pôle sud ?
2ème niveau.
Pourquoi le corps de la boussole est-il fait de cuivre, d'aluminium, de plastique et d'autres matériaux, mais pas de fer ?
Pourquoi les rails et les bandes d'acier se trouvant dans l'entrepôt s'avèrent-ils magnétisés après un certain temps ?
Niveau 3.
1. Dessinez le champ magnétique de l'aimant en fer à cheval et indiquez la direction des lignes de force.
2. Deux broches sont attirées vers le pôle sud de l'aimant. Pourquoi leurs élévateurs repoussent-ils ?
MCOU "Lycée Allak"
Leçon de physique ouverte en 8e année sur le thème " L'action d'un champ magnétique sur un conducteur avec du courant. Moteur électrique. Travail de laboratoire n° 9 "Etude du moteur électrique de constante courant ".
Préparé et dirigé par : l'enseignante de la première catégorie, Elizaveta Alexandrovna Taranushenko.
1. Objet du travail : Etudier les caractéristiques du démarrage, les caractéristiques mécaniques et les méthodes de régulation de la vitesse d'un moteur à courant continu à excitation mixte.
Adanie.
2.1. au travail indépendant :
Pour étudier les caractéristiques de conception, les circuits de commutation des moteurs à courant continu ;
Étudier la méthodologie pour obtenir les caractéristiques mécaniques d'un moteur à courant continu;
Familiarisez-vous avec les caractéristiques de démarrage et de régulation de la vitesse d'un moteur à courant continu ;
Dessinez des diagrammes schématiques pour mesurer les résistances du circuit d'induit et des enroulements de champ (Figure 6.4) et tester le moteur (Figure 6.2);
En utilisant la fig. 6.2 et 6.3 établir un schéma électrique ;
Dessinez les formes des tableaux 6.1 ... 6.4 ;
Préparer des réponses orales aux questions de sécurité.
2.2. travailler en laboratoire :
Se familiariser avec l'installation du laboratoire;
Enregistrer dans le tableau 6.1. données du passeport du moteur ;
Mesurez la résistance du circuit d'induit et des enroulements de champ. Écrire les données dans le tableau 6.1 ;
Assembler le circuit et réaliser une étude du moteur, consigner les données dans les tableaux 6.2, 6.3, 6.4 ;
Construire une caractéristique mécanique naturelle n = f (M) et des caractéristiques de vitesse n = f (I B) et n = f (U);
Tirer des conclusions sur la base des résultats de la recherche.
Informations générales.
Les moteurs à courant continu, contrairement aux moteurs à courant alternatif (principalement asynchrones), ont une grande multiplicité de couple de démarrage et de capacité de surcharge, ils permettent un contrôle en douceur de la vitesse de fonctionnement de la machine. Par conséquent, ils sont utilisés pour entraîner des machines et des mécanismes avec des conditions de démarrage sévères (par exemple, comme démarreurs dans les moteurs à combustion interne), ainsi que lorsqu'il est nécessaire de contrôler la vitesse dans de larges limites (alimentateurs de machines-outils, supports de frein de rodage , véhicules électrifiés).
Structurellement, le moteur se compose d'une unité fixe (inductance) et d'une unité rotative (armature). Les enroulements d'excitation sont situés sur le noyau magnétique de l'inducteur. Dans un moteur à excitation mixte, ils sont au nombre de deux : en parallèle avec les bornes 1 et Ш2 et en série avec les bornes C1 et C2 (Figure 6.2). La résistance du bobinage parallèle R ovsh est, selon la puissance du moteur, de quelques dizaines à plusieurs centaines d'Ohms. Il est réalisé avec un fil de petite section avec un grand nombre de spires. L'enroulement série a une faible résistance R obc (généralement de quelques Ohms à des fractions d'Ohms), car se compose d'un petit nombre de spires de fil de grande section. L'inducteur sert à créer un flux magnétique d'excitation lors de l'alimentation de ses enroulements en courant continu.
L'enroulement d'induit est situé dans les rainures du circuit magnétique et est amené vers le collecteur. A l'aide de balais, ses conclusions I I et I 2 sont connectées à une source de courant continu. La résistance de l'enroulement d'induit R I est faible (Ohms ou fractions d'Ohms).
Le couple M du moteur à courant continu est créé par l'interaction du courant d'induit Iя avec le flux magnétique d'excitation Ф :
= К × Iя × Ф, (6.1)
où K est un coefficient constant dépendant de la conception du moteur.
Lorsque l'armature tourne, son enroulement traverse le flux magnétique d'excitation et EMF E y est induit, proportionnel à la fréquence de rotation n :
E = C × n × , (6.2)
où C est un coefficient constant dépendant de la conception du moteur.
Courant du circuit d'induit :
I I = (U – E) / (R I + R OBC) = (U – C × n × F) / (R I + R OBC), (6.3)
En résolvant les expressions 6.1 et 6.3 ensemble par rapport à n, une expression analytique est trouvée pour les caractéristiques mécaniques du moteur n = F (M). Sa représentation graphique est illustrée à la figure 6.1.
Riz. 6.1. Caractéristique mécanique d'un moteur à courant continu à excitation mixte
Le point A correspond au moteur au ralenti avec un régime n environ. Avec une augmentation de la charge mécanique, la vitesse de rotation diminue et le couple augmente, atteignant la valeur nominale M H au point B. Dans la section avion, le moteur est surchargé. Le courant Iya dépasse la valeur nominale, ce qui entraîne un échauffement rapide de l'induit et des enroulements OVS, et les étincelles sur le collecteur augmentent. Le moment maximal M max (point C) est limité par les conditions de fonctionnement du collecteur et la résistance mécanique du moteur.
En poursuivant la caractéristique mécanique jusqu'à l'intersection au point D" avec l'axe du couple, on obtiendrait la valeur du couple de démarrage lorsque le moteur est directement connecté au réseau. EMF E est égal à zéro et le courant dans le circuit d'induit selon la formule 6.3 augmente fortement.
Pour réduire le courant de démarrage, un rhéostat de démarrage Rx (Fig.6.2) avec résistance est connecté en série au circuit d'induit (Fig.6.2) :
Rx = U H / (1,3 ... 2,5) × I Ya.N. - (R Я - R obc), (6.4)
où U h est la tension assignée du réseau ;
Je Ya.N. - courant nominal d'induit.
Diminution du courant d'induit à (1,3 ... 2,5) × I Ya.N. fournit un couple de démarrage initial suffisant Mn (point D). Au fur et à mesure que le moteur accélère, la résistance Rx est réduite à zéro, maintenant une valeur approximativement constante de Mp (section de la LED).
Le rhéostat R B dans le circuit d'enroulement de champ parallèle (Fig. 6.2) vous permet d'ajuster l'amplitude du flux magnétique F (formule 6.1). Avant de démarrer le moteur, il est complètement retiré pour obtenir le couple de démarrage requis au courant d'induit minimum.
En utilisant la formule 6.3, nous déterminons la vitesse du moteur
n = (U - I Я (R Я + R obc + Rx)) / (С Ф), (6.5)
dans laquelle R I, R obc et C sont des valeurs constantes, et U, I I et F peuvent être modifiés. Par conséquent, il existe trois manières possibles de contrôler la vitesse du moteur :
En changeant l'amplitude de la tension fournie ;
En modifiant la valeur du courant d'induit à l'aide d'un rhéostat de réglage Rx, qui, contrairement à celui de démarrage, est calculé pour un mode de fonctionnement continu ;
En modifiant l'amplitude du flux magnétique d'excitation , qui est proportionnel au courant dans les enroulements de l'OVSh et de l'OVS. Dans un enroulement parallèle, il peut être réglé avec un rhéostat R b. La résistance R b est prise en fonction des limites de régulation de vitesse requises R B = (2 ... 5) R obsh.
La vitesse nominale est indiquée sur la plaque signalétique du moteur, qui correspond à la puissance nominale sur l'arbre du moteur à la tension nominale du réseau et aux résistances de sortie des rhéostats R X et R B.
Travaux de laboratoire n° 9
Sujet. Etude du moteur à courant continu.
Objectif: d'étudier le dispositif et le principe de fonctionnement du moteur électrique.
Équipement: modèle de moteur électrique, source de courant, rhéostat, clé, ampèremètre, fils de connexion, dessins, présentation.
TÂCHES:
1 ... Explorez la conception et le fonctionnement d'un moteur électrique à l'aide de la présentation, des images et du modèle.
2 ... Connectez le moteur électrique à une source d'alimentation et regardez-le fonctionner. Si le moteur ne tourne pas, déterminez la cause et essayez de résoudre le problème.
3 ... Indiquer deux éléments principaux dans le dispositif du moteur électrique.
4 ... Sur quel phénomène physique repose l'action d'un moteur électrique ?
5 ... Changer le sens de rotation de l'ancre. Écrivez ce que vous devez faire pour le faire.
6. Assemblez le circuit électrique en connectant en série un moteur électrique, un rhéostat, une source de courant, un ampèremètre et une clé. Changez l'ampérage et observez le fonctionnement du moteur électrique. La vitesse de rotation de l'armature change-t-elle ? Notez la conclusion sur la dépendance de la force agissant du champ magnétique sur la bobine sur le courant dans la bobine.
7 ... Les moteurs électriques peuvent être de n'importe quelle puissance, car :
A) vous pouvez modifier le courant dans l'enroulement d'induit ;
B) vous pouvez changer le champ magnétique de l'inducteur.
Veuillez saisir la bonne réponse :
1) seul A est vrai ; 2) seul B est vrai ; 3) A et B sont tous deux vrais ; 4) A et B sont tous deux faux.
8 ... Énumérez les avantages d'un moteur électrique par rapport à un moteur thermique.
Pour utiliser l'aperçu des présentations, créez vous-même un compte Google (compte) et connectez-vous : https://accounts.google.com
Légendes des diapositives :
Sur les figures, déterminez la direction de la force Ampère, la direction du courant dans le conducteur, la direction des lignes du champ magnétique, le pôle de l'aimant. N S F = 0 Rappel.
Travail de laboratoire n°11 Etude d'un moteur électrique à courant continu (sur maquette). But du travail: se familiariser avec le modèle d'un moteur électrique à courant continu avec sa structure et son fonctionnement. Appareils et matériels : maquette de moteur électrique, alimentation de laboratoire, clé, fils de connexion.
Les règles de sécurité. Il ne doit y avoir aucun objet étranger sur la table. Attention! Électricité! L'isolation des conducteurs doit être intacte. Ne pas allumer le circuit sans l'autorisation du professeur. Ne touchez pas les pièces rotatives du moteur électrique avec les mains. Les cheveux longs doivent être rangés afin qu'ils ne se coincent pas dans les pièces rotatives du moteur. Une fois les travaux terminés, mettez le lieu de travail en ordre, ouvrez le circuit et démontez.
L'ordre des travaux. 1. Considérez le modèle du moteur électrique. Indiquez sur la figure 1 ses principales parties. 1 2 3 Fig. 1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ______________________________
2. Assemblez un circuit électrique composé d'une source de courant, d'un modèle de moteur électrique, d'une clé, en connectant le tout en série. Dessinez un schéma de circuit.
3. Mettre le moteur en rotation. Si le moteur ne tourne pas, recherchez la cause et réparez-la. 4. Changez le sens du courant dans le circuit. Observer la rotation de la partie mobile du moteur électrique. 5. Faites une conclusion.
Littérature : 1. La physique. 8e année : manuel. pour l'enseignement général. institutions / A.V. Peryshkin.-4e éd., révisé-M.: Outarde, 2008.2. La physique. 8e année : manuel. Pour l'enseignement général. institutions / N.S. Purysheva, N.E. Vazheevskaya.-2e éd., stéréotype.-M. : Outarde, 2008. 3. Travaux de laboratoire et devoirs d'essai en physique : Cahier pour les élèves de 8e année.-Saratov : Lyceum, 2009. 4. Cahier pour les travaux de laboratoire. Sarakhman I.D. MOU École secondaire n° 8, Mozdok, Ossétie du Nord-Alanie. 5. Travaux de laboratoire à l'école et à la maison : mécanique / V.F.Shilov.-M. : Education, 2007. 6. Recueil de problèmes de physique. 7-9 grades: un guide pour les étudiants de l'enseignement général. institutions / V.I. Lukashik, E.V. Ivanov, 24e édition - M. : Education, 2010.
Aperçu:
Travaux de laboratoire n°11
(sur modèle)
Objectif
Appareils et matériaux
Le progrès.
Travaux de laboratoire n°11
Étude d'un moteur électrique à courant continu
(sur modèle)
Objectif : faire connaissance sur le modèle d'un moteur à courant continu avec sa structure et son fonctionnement.
Appareils et matériaux: modèle de moteur, alimentation de laboratoire, clé, fils de connexion.
Les règles de sécurité.
Il ne doit y avoir aucun objet étranger sur la table. Attention! Électricité! L'isolation des conducteurs doit être intacte. Ne pas allumer le circuit sans l'autorisation du professeur. Ne touchez pas les pièces rotatives du moteur électrique avec les mains.
Exercices de tâches et questions
1. Sur quel phénomène physique repose l'action d'un moteur électrique ?
2. Quels sont les avantages des moteurs électriques par rapport aux moteurs thermiques ?
3. Où sont utilisés les moteurs électriques à courant continu ?
Le progrès.
1. Considérez le modèle du moteur électrique. Indiquez sur la figure 1 ses principales parties.
2. Assemblez un circuit électrique composé d'une source de courant, d'un modèle de moteur électrique, d'une clé, en connectant le tout en série. Dessinez un schéma de circuit.
Fig. 1
Faire une conclusion.
3. Mettre le moteur en rotation. Si le moteur ne tourne pas, recherchez la cause et réparez-la.
4. Changez le sens du courant dans le circuit. Observer la rotation de la partie mobile du moteur électrique.
Fig. 1
Les moteurs électriques sont des dispositifs dans lesquels l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique. Le principe de leur action repose sur le phénomène d'induction électromagnétique.
Cependant, les méthodes d'interaction des champs magnétiques qui font tourner le rotor du moteur diffèrent considérablement selon le type de tension d'alimentation - AC ou DC.
Le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu est basé sur l'effet de répulsion des mêmes pôles d'aimants permanents et d'attraction de pôles différents. La priorité de son invention appartient à l'ingénieur russe B.S. Jacobi. Le premier modèle industriel de moteur à courant continu a été créé en 1838. Depuis lors, sa conception n'a pas subi de changements fondamentaux.
Dans les moteurs à courant continu de faible puissance, l'un des aimants est physiquement présent. Il se fixe directement sur le corps de la machine. Le second est créé dans l'enroulement d'induit après y avoir connecté une source de courant continu. Pour cela, un dispositif spécial est utilisé - un ensemble collecteur-brosse. Le collecteur lui-même est un anneau conducteur fixé à l'arbre du moteur. Les extrémités de l'enroulement d'induit y sont connectées.
Pour qu'un couple se produise, il est nécessaire d'intervertir en permanence les pôles de l'aimant permanent de l'armature. Cela devrait se produire au moment où le pôle traverse le soi-disant neutre magnétique. Structurellement, ce problème est résolu en divisant l'anneau collecteur en secteurs séparés par des plaques diélectriques. Les extrémités des enroulements d'induit leur sont connectées alternativement.
Pour connecter le collecteur au secteur, on utilise des brosses - des tiges en graphite à haute conductivité électrique et à faible coefficient de frottement de glissement.Les bobinages d'induit ne sont pas reliés au réseau d'alimentation, mais sont reliés au rhéostat de démarrage au moyen de l'ensemble collecteur-balais. Le processus de mise en marche d'un tel moteur consiste à se connecter au secteur et à réduire progressivement la résistance active dans le circuit d'induit à zéro. Le moteur électrique démarre en douceur et sans surcharge.
Caractéristiques de l'utilisation de moteurs asynchrones dans un circuit monophasé
Malgré le fait que le champ magnétique tournant du stator est le plus facilement obtenu à partir d'une tension triphasée, le principe de fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone lui permet de fonctionner à partir d'un réseau domestique monophasé, si des modifications sont apportées à leur conception.
Pour cela, le stator doit avoir deux enroulements dont l'un est celui de "démarrage". Le courant y est déphasé de 90 ° en raison de l'inclusion d'une charge réactive dans le circuit. Le plus souvent pour cela
La synchronisation presque complète des champs magnétiques permet au moteur de prendre de la vitesse même avec des charges importantes sur l'arbre, ce qui est nécessaire pour le fonctionnement des perceuses, des marteaux perforateurs, des aspirateurs, des "meuleuses" ou des machines à polir.
Si un moteur réglable est inclus dans le circuit d'alimentation d'un tel moteur, la fréquence de sa rotation peut être modifiée en douceur. Mais la direction, lorsqu'elle est alimentée par un circuit à courant alternatif, ne peut jamais être modifiée.
De tels moteurs électriques sont capables de développer des vitesses très élevées, sont compacts et ont un couple important. Cependant, la présence d'un ensemble collecteur-balais réduit leur durée de vie - les balais en graphite s'usent assez rapidement à haute vitesse, surtout si le collecteur est endommagé mécaniquement.Les moteurs électriques ont le rendement le plus élevé (plus de 80 %) de tous les appareils fabriqués par l'homme. Leur invention à la fin du 19ème siècle peut être considérée comme un saut civilisationnel qualitatif, car sans eux, il est impossible d'imaginer la vie d'une société moderne basée sur les hautes technologies, et quelque chose de plus efficace n'a pas encore été inventé.
Principe de fonctionnement synchrone du moteur électrique en vidéo