Лабораторная работа номер 9 изучение электрического двигателя. Разбираемся в принципах работы электродвигателей: преимущества и недостатки разных видов. Синхронный принцип работы электродвигателя на видео

тока»

Место урока в рабочей программе: 55 урок, один из уроков темы «Электромагнитные явления».

Цель урока: Объяснить устройство и принцип действия электрического двигателя.

Задачи:

изучить электрический двигатель, с использованием практического метода – выполнения лабораторной работы.

научиться применять полученные знания в нестандартных ситуациях для решения задач;

для развития мышления учащихся продолжить отработку умственных операций анализа, сравнения и синтеза.

продолжить формирование познавательного интереса учащихся.

Методическая цель: применение здоровьесберегающих технологий на уроках физики.

Формы работы и виды деятельности на уроке: проверка знаний с учётом индивидуальных особенностей учащихся; лабораторная работа проводится в микрогруппах(парами), актуализация знаний учащихся в игровой форме; объяснение нового материала в форме беседы с демонстрационным экспериментом, целеполагание и рефлексия.

Ход урока

1)Проверка домашнего задания.

Самостоятельная работа (разноуровневая) проводится в течение первых 7 минут урока.

1 уровень .

2 уровень.

3 уровень.

2). Изучение нового материала. (15 минут).

Учитель сообщает тему урока, учащиеся формируют цель.

Актуализация знаний. Игра «да» и «нет»

Учитель читает фразу, если ученики согласны с утверждением они встают, если нет – сидят.

Магнитное поле образуется постоянными магнитами или электрическим током.
Магнитных зарядов в природе нет.
Южный полюс магнитной стрелки указывает южный географический полюс Земли.
Электромагнитом называется катушка с железным сердечником внутри.
Силовые линии магнитного поля направлены слева направо.
Линии, вдоль которых в магнитном поле устанавливаются магнитные стрелки называются магнитными линиями.

План изложения.

Действие магнитного поля на проводник с током.
Зависимость направления движения проводника от направления тока в нём и от расположения полюсов магнита.
Устройство и действие простейшего коллекторного электродвигателя.

Демонстрации.

Движение проводника и рамки с током в магнитном поле.
Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока.

3.Лабораторная работа № 9. (работа в микрогруппах- парами).

Инструктаж по технике безопасности.

Работа выполняется по описанию в учебнике стр.176.

4.Заключительный этап урока.

Задача. Два электронных пучка отталкиваются, а два параллельных провода, по которым течёт ток в одном направлении притягиваются. Почему? Можно ли создать условия, при которых эти проводники тоже будут отталкиваться?

Рефлексия.

Что нового узнали? Нужны ли эти знания в повседневной жизни?

Вопросы:

От чего зависит скорость вращения ротора в электродвигателе?

Что называется электрическим двигателем?

П. 61, составить кроссворд по теме «электромагнитные явления.

Приложение.

1 уровень .

1.Как взаимодействуют разноимённые и одноимённые полюсы магнитов?

2. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой – только южный?

2 уровень.

Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и других материалов, но не из железа?

Почему стальные рельсы и полосы, лежащие на складе, через некоторое время оказываются намагниченными?

3 уровень.

1.Нарисуйте магнитное поле подковообразного магнита и укажите направление силовых линий.

2. К южному полюсу магнита притянулись две булавки. Почему их свободные концы отталкиваются?

1 уровень .

1.Как взаимодействуют разноимённые и одноимённые полюсы магнитов?

2 уровень.

Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и других материалов, но не из железа?

Почему стальные рельсы и полосы, лежащие на складе, через некоторое время оказываются намагниченными?

3 уровень.

1.Нарисуйте магнитное поле подковообразного магнита и укажите направление силовых линий.

2. К южному полюсу магнита притянулись две булавки. Почему их свободные концы отталкиваются?

МКОУ «Аллакская СОШ»

Открытый урок физики в 8 классе по теме « Действие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель. Лабораторная работа № 9 «Изучение электрического двигателя постоянного тока».

Подготовила и провела: учитель первой категории Таранушенко Елизавета Александровна.

1. Цель работы: Изучить особенности пуска, механическую характеристику и способы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока со смешанным возбуждением.

Адание.

2.1. к самостоятельной работе:

Изучить особенности конструкции, схемы включения двигателей постоянного тока ;

Изучить методику получения механических характеристик двигателя постоянного тока ;

Ознакомиться с особенностями пуска и регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока ;

Вычертить принципиальные схемы для измерения сопротивлений цепи якоря и обмоток возбуждения (рис.6.4) и испытания двигателя (рис.6.2);

Используя рис. 6.2 и 6.3 составить монтажную схему;

Вычертить формы таблиц 6.1... 6.4;

Подготовить устные ответы на контрольные вопросы.

2.2. к работе в лаборатории:

Ознакомиться с лабораторной установкой;

Записать в таблицу 6.1. паспортные данные двигателя;

Измерить сопротивление цепи якоря и обмоток возбуждения. Данные записать в таблицу 6.1;

Собрать схему и провести исследование двигателя, данные записать в таблицы 6.2, 6.3, 6.4;

Построить естественную механическую характеристику n=f(M) и скоростные характеристики n=f(I B) и n=f(U);

Сделать выводы по результатам исследования.

Общие сведения.

Двигатели постоянного тока в отличие от двигателей переменного тока (прежде всего асинхронных) имеют большую кратность пускового момента и перегрузочную способность, обеспечивают плавное регулирование частоты вращения рабочей машины. По этому они применяются для привода машин и механизмов с тяжелыми условиями пуска (например, в качестве стартеров в двигателях внутреннего сгорания), а также при необходимости регулирования частоты вращения в больших пределах (механизмы подачи станков, обкаточно-тормозные стенды, электрифицированные транспортные средства).

Конструктивно двигатель состоит из неподвижного узла (индуктора) и вращающегося узла (якоря). На магнитопроводе индуктора расположены обмотки возбуждения. В двигателе смешанного возбуждения их две: параллельная с выводами Ш 1 и Ш2 и последовательная с выводами С1 и С2 (рис.6.2). Сопротивление параллельной обмотки R овш составляет в зависимости от мощности двигателя от нескольких десятков до сотен Ом. Она выполнена проводом малого сечения с большим числом витков. Последовательная обмотка имеет малое сопротивление R obc (обычно от нескольких Ом до долей Ома), т.к. состоит из небольшого числа витков провода большого сечения. Индуктор служит для создания магнитного потока возбуждения при питании его обмоток постоянным током.

Обмотка якоря размещена в пазах магнитопровода и выведена на коллектор. С помощью щеток ее выводы Я I и Я 2 подключаются к источнику постоянного тока. Сопротивление обмотки якоря R Я невелико (Омы или доли Ома).

Вращающий момент М двигателя постоянного тока создается при взаимодействии тока якоря Iя с магнитным потоком возбуждения Ф:

М=К × Iя × Ф, (6.1)

где К - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.

При вращении якоря его обмотка пересекает магнитный поток возбуждения и в ней индуктируется ЭДС Е, пропорциональная частоте вращения n:

Е = С × n × Ф, (6.2)

где С - постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.

Ток в цепи якоря:

I Я =(U–Е)/(R Я +R ОВС)=(U–С×n ×Ф)/(R Я +R ОВС), (6.3)

Решая совместно выражения 6.1 и 6.3 относительно п, находят аналитическое выражение механической характеристики двигателя n=F(М). Ее графическое изображение приведено на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения

Точка А соответствует работе двигателя вхолостую с частотой вращения n о. С увеличением механической нагрузки частота вращения снижается, а вращающий момент растет, достигая в точке В номинального значения М H . На участке ВС двигатель работает с перегрузкой. Ток Iя превышает номинальную величину, что приводит к быстрому нагреву обмоток якоря и ОВС, увеличивается искрение на коллекторе. Максимальный момент М mах (точка С) ограничивается условиями работы коллектора и механической прочностью двигателя.

Продолжая механическую характеристику до пересечения в точке Д" с осью вращающего момента мы получили бы значение пускового момента при прямом включении двигателя в сеть. ЭДС Е равна нулю и ток в цепи якоря в соответствии с формулой 6.3 резко возрастает.

Для снижения пускового тока последовательно в цепь якоря включают пусковой реостат Rx (рис. 6.2) с сопротивлением:

Rx = U H / (1.3...2.5) ×I Я.Н. - (R Я - R obc), (6.4)

где U h - номинальное напряжение сети;

I Я.Н. - номинальный ток якоря.

Снижение тока якоря до (1.3...2.5)×I Я.Н. обеспечивает достаточный начальный пусковой момент Мп (точка Д). По мере разгона двигателя сопротивление Rx уменьшают до нуля, поддерживая приблизительно постоянную величину Мп (участок СД).

Реостат R В в цепи параллельной обмотки возбуждения (рис. 6.2) позволяет регулировать величину магнитного потока Ф (формула 6.1). Перед пуском двигателя его полностью выводят для получения необходимого пускового момента при минимальном токе якоря.

Используя формулу 6.3, определим частоту вращения двигателя

n = (U - I Я (R Я + R obc + Rx)) / (С Ф), (6.5)

в которой R Я, R obc и С являются постоянными величинами, а U, I Я и Ф можно изменять. Отсюда вытекает три возможных способа регулирования частоты вращения двигателя:

Изменением величины подводимого напряжения;

Изменением величины тока якоря с помощью регулировочного реостата Rx, который в отличие от пускового рассчитывается на продолжительный режим работы;

Изменением величины магнитного потока возбуждения Ф, который пропорционален току в обмотках ОВШ и ОВС. В параллельной обмотке его можно регулировать реостатом R b . Сопротивление R b принимают в зависимости от требуемых пределов регулирования частоты вращения R В =(2...5) R obш.

В паспортной табличке двигателя указывается номинальная частота вращения, которая соответствует номинальной мощности на валу двигателя при номинальном напряжении сети и выведенных сопротивлениях реостатов R X и R B .

Лабораторная работа № 9

Тема. Изучение электродвигателя постоянного тока.

Цель работы: изучить устройство и принцип работы электродвигателя.

Оборудование: модель электродвигателя, источник тока, реостат, ключ, амперметр, соединительные провода, рисунки, презентация.

ЗАДАНИЯ:

1 . Изучите устройство и принцип работы электродвигателя, используя презентацию, рисунки и модель.

2 . Присоедините электродвигатель к источнику тока и наблюдайте за его работой. Если двигатель не работает, установите причину, постарайтесь устранить неполадку.

3 . Укажите два главных элемента в устройстве электродвигателя.

4 . На каком физическом явлении основано действие электродвигателя?

5 . Измените направление вращения якоря. Запишите, что для этого нужно сделать.

6. Соберите электрическую цепь, соединив последовательно электродвигатель, реостат, источник тока, амперметр и ключ. Измените силу тока и наблюдайте за работой электродвигателя. Меняется ли скорость вращения якоря? Запишите вывод о зависимости силы, действующей со стороны магнитного поля на катушку, от силы тока в катушке.

7 . Электродвигатели могут быть любой мощности, т.к.:

А) можно менять силу тока в обмотке якоря;

Б) можно менять магнитное поле индуктора.

Укажите правильный ответ:

1) верно только А; 2) верно только Б; 3) верно и А, и Б; 4) неверно и А, и Б.

8 . Перечислите преимущества электродвигателя по сравнению с тепловым двигателем.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

На рисунках определите направление силы Ампера, направления тока в проводнике, направления линий магнитного поля, полюса магнита. N S F = 0 Вспомним.

Лабораторная работа № 11 Изучение электрического двигателя постоянного тока (на модели). Цель работы: познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой. Приборы и материалы: модель электродвигателя, лабораторный источник питания, ключ, соединительные провода.

Правила техники безопасности. На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя. Не прикасайтесь руками к вращающимся деталям электродвигателя. Длинные волосы необходимо убрать так, чтобы они не попали во вращающиеся части двигателя. После выполнения работы рабочее место привести в порядок, цепь разомкнуть и разобрать.

Порядок выполнения работы. 1.Рассмотрите модель электродвигателя. Укажите на рисунке 1 основные его части. 1 2 3 Рис.1 4 5 1 - ______________________________ 2 - ______________________________ 3 - ______________________________ 4 - ______________________________ 5 - ______________________________

2.Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, модели электродвигателя, ключа,соединив все последовательно. Начертите схему цепи.

3. Приведите двигатель во вращение. Если двигатель не работает, найдите причины и устраните их. 4. Измените направление тока в цепи. Наблюдайте за вращением подвижной части электродвигателя. 5.Сделайте вывод.

Литература: 1 . Физика. 8 кл.:учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин.-4-е изд., доработ.-М.:Дрофа, 2008. 2 . Физика. 8 кл.:учеб. Для общеобразоват. учреждений/ Н.С.Пурышева, Н.Е.Важеевская.-2-е изд., стереотип.-М.:Дрофа, 2008 . 3 . Лабораторные работы и контрольные задания по физике: Тетрадь для учащихся 8-го класса.-Саратов: Лицей, 2009. 4 .Тетрадь для лабораторных работ. Сарахман И.Д. МОУ СОШ №8 г.Моздока РСО-Алания. 5 .Лабораторные работы в школе и дома: механика/ В.Ф.Шилов.-М.:Просвещение, 2007. 6 .Сборник задач по физике. 7-9 классы: пособие для учащихся общеобразоват. учреждений/ В.И.Лукашик, Е.В. Иванова.-24-е изд.-М.:Просвещение, 2010.

Предварительный просмотр:

Лабораторная работа № 11

(на модели)

Цель работы

Приборы и материалы

Ход работы.

Лабораторная работа № 11

Изучение электрического двигателя постоянного тока

(на модели)

Цель работы : познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой.

Приборы и материалы : модель электродвигателя, лабораторный источник питания, ключ, соединительные провода.

Правила техники безопасности.

На столе не должно быть никаких посторонних предметов. Внимание! Электрический ток! Изоляция проводников должна быть не нарушена. Не включайте цепь без разрешения учителя. Не прикасайтесь руками к вращающимся деталям электродвигателя.

Тренировочные задания и вопросы

1.На каком физическом явлении основано действие электрического двигателя?

2.Каковы преимущества электрических двигателей по сравнению с тепловыми?

3. Где используется электрические двигатели постоянного тока?

Ход работы.

1.Рассмотрите модель электродвигателя. Укажите на рисунке 1 основные его части.

Рис.1

Сделайте вывод.

3. Приведите двигатель во вращение. Если двигатель не работает, найдите причины и устраните их.

4. Измените направление тока в цепи. Наблюдайте за вращением подвижной части электродвигателя.

Рис.1

Электродвигатели – это устройства, в которых электрическая энергия превращается в механическую. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции.

Однако способы взаимодействия магнитных полей, заставляющих вращаться ротор двигателя, существенно различаются в зависимости от типа питающего напряжения – переменного или постоянного.

В основе принципа работы электродвигателя постоянного тока лежит эффект отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов и притягивания разноименных. Приоритет ее изобретения принадлежит русскому инженеру Б. С. Якоби. Первая промышленная модель двигателя постоянного тока была создана в 1838 году. С тех пор его конструкция не претерпела кардинальных изменений.

В двигателях постоянного тока небольшой мощности один из магнитов является физически существующим. Он закреплен непосредственно на корпусе машины. Второй создается в обмотке якоря после подключения к ней источника постоянного тока. Для этого используется специальное устройство – коллекторно-щеточный узел. Сам коллектор – это токопроводящее кольцо, закрепленное на валу двигателя. К нему подключены концы обмотки якоря.

Чтобы возник вращающий момент, необходимо непрерывно менять местами полюса постоянного магнита якоря. Происходить это должно в момент пересечения полюсом так называемой магнитной нейтрали. Конструктивно такая задача решается разделением кольца коллектора на секторы, разделенные диэлектрическими пластинами. Концы обмоток якоря присоединяются к ним поочередно.

Чтобы соединить коллектор с питающей сетью используются так называемые щетки – графитовые стержни, имеющие высокую электрическую проводимость и малый коэффициент трения скольжения.

Обмотки якоря не подключены к питающей сети, а посредством коллекторно-щеточного узла соединены с пусковым реостатом. Процесс включения такого двигателя состоит из соединения с питающей сетью и постепенного уменьшения до нуля активного сопротивления в цепи якоря. Электромотор включается плавно и без перегрузок.

Особенности использования асинхронных двигателей в однофазной цепи

Несмотря на то, что вращающееся магнитное поле статора проще всего получить от трехфазного напряжения, принцип действия асинхронного электродвигателя позволяет ему работать и от однофазной, бытовой сети, если в их конструкцию будут внесены некоторые изменения.

Для этого на статоре должно быть две обмотки, одна из которой является «пусковой». Ток в ней сдвигается по фазе на 90° за счет включения в цепь реактивной нагрузки. Чаще всего для этого

Практически полная синхронность магнитных полей позволяет двигателю набирать обороты даже при значительных нагрузках на валу, что и требуется для работы дрелей, перфораторов, пылесосов, «болгарок» или полотерных машин.

Если в питающую цепь такого двигателя включен регулируемый , то частоту его вращения можно плавно менять. А вот направление, при питании от цепи переменного тока, изменить не удастся никогда.

Такие электромоторы способны развивать очень высокие обороты, компактны и имеют больший вращающий момент. Однако наличие коллекторно-щеточного узла снижает их моторесурс – графитовые щетки достаточно быстро истираются на высоких оборотах, особенно если коллектор имеет механические повреждения.

Электродвигатели имеют самый большой КПД (более 80 %) из всех устройств, созданных человеком. Их изобретение в конце XIX века вполне можно считать качественным цивилизационным скачком, ведь без них невозможно представить жизнь современного общества, основанного на высоких технологиях, а чего-либо более эффективного пока еще не придумано.