НАУКА И МЫ

Медицинские, исторические, технические, социальные и другие научно-исследовательские работы

Образование »  » Технические

Электродвигатель постоянного тока


Середина прошлого столетия ознаменовалась особенно крупными сдвигами в науке и технике. Происходит научно-техническая революция, и буквально на протяжении одного поколения стало обыденным и привычным то, что еще в начале прошлого века казалось мечтой, плодом безудержной фантазии. Цветное телевидение и голография, ракетная техника и космические корабли, высадка людей на Луне и луноходы, синтетические материалы и атомная энергия, лазеры и превращения вещества, электронные вычислительные машины и роботы, пересадка внутренних органов человека и победа над тяжелыми болезнями - о таких чудесах можно было прочесть разве только в фантастических романах. Но это лишь часть реальных научно-технических достижений человека.

Эти достижения мы видим, ими пользуемся, они облегчают нам жизнь и деятельность. В то же время, чем больше успехи науки и техники, тем больше появляется идей и предложений о дальнейшем их развитии, возможностей осуществления этих идей. А это зависит от знаний, инициативы, творческих начал.

Мы хотели бы рассмотреть одно из таких достижений человечество – электродвигатель. Внешний вид одного из современных двигателей постоянного тока показан на рисунке.

Первыми электродвигателями были двигатели постоянного тока, так как первыми были изобретены источники постоянного тока - гальванические элементы и батареи. В 1838 г. русский ученый Б.С. Якоби построил первый пригодный для практических целей электродвигатель постоянного тока, который использовался для привода гребного вала лодки. К 70-м гг. XIX в. электродвигатель был уже настолько усовершенствован, что практически в таком виде сохранился и до наших дней. Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте: электровозы, трамваи, троллейбусы, большегрузные автомобили.

Электрические двигатели обладают рядом преимуществ. При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. При работе они не выделяют газов, дыма и пара и, следовательно, не загрязняют воздух, им не нужен запас топлива и воды. Электродвигатели можно установить в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электровоза. Важнейшая особенность электродвигателей постоянного тока - возможность легко регулировать в широких пределах частоту вращения ротора, изменяя силу тока в его обмотках. Микроэлектродвигатели постоянного тока широко применяются в системах автоматического регулирования, в электробритвах, кофемолках, любительских кинопроекционных аппаратах и других приборах бытового назначения. Мощные электродвигатели используются главным образом для привода прокатных станов, подъемных кранов, а также в качестве двигателей на электрифицированном транспорте. Коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей достигает 98%. Такого высокого КПД не имеет никакой другой двигатель.
Есть специальные безыскровые электродвигатели, которые применяют в насосах для выкачивания нефти из скважин, чтобы нефть не воспламенилась.

В настоящее время ведутся работы по замене в автомобилях двигателей внутреннего сгорания электродвигателями (проблема не столько в самих двигателях, сколько в хороших аккумуляторах для таких автомобилей).

Электродвигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор - неподвижная часть, служит магнитопроводом, внутри него создается магнитное поле. Ротор - вращающаяся (подвижная) часть, несет на себе витки провода, по которому протекает электрический ток. Принцип работы электрического двигателя постоянного тока в следующем: если к обмотке электромагнита подвести электрический ток, то между его полюсами возникает магнитное поле. При этом виток провода, размещенный на роторе, к которому ток подводится через коллектор с помощью угольных пластин, начинает вращаться, увлекая за собой ротор.

Двигатели, работающие от источника постоянного тока, называются двигателями постоянного тока. Вначале в электродвигателе использовались постоянные магниты; затем стали применяться электромагниты, что было существенным шагом вперед, так как сразу увеличилась мощность электродвигателей. Электродвигатели постоянного тока хотя и были созданы ранее электродвигателей переменного тока, но утратили свое значение как основной тип двигателя после изобретения в 1889 г. русским инженером М. О. Доливо-Добровольским системы трехфазного тока и создания первых в мире трехфазных двигателей переменного тока.

Так же как и двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока состоят из двух основных частей: статора и ротора. Отличительная особенность - отсутствие коллектора, ток в обмотки ротора подается через контактные кольца. Двигатели переменного тока бывают синхронные и асинхронные. Синхронные двигатели называются так потому, что частота вращения ротора жестко связана с частотой тока в питающей сети, или, иными словами, частота вращения магнитного поля, создаваемого обмотками статора, строго согласована с частотой вращения ротора. В асинхронных электродвигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора, т. е. ротор вращается асинхронно по отношению к магнитному полю статора. Проанализировав собранный материал по данному вопросу, взвесив свои возможности, мы решили изготовить для кабинета физики действующую модель электродвигателя постоянного тока.

Стараясь обойтись малыми финансовыми затратами, мы в своей работе использовали подручный материал: спицу от старого сломанного зонта, металлические детали детского конструктора, постоянные керамические магниты от вышедших из строя динамиков, несколько кусков провода в изоляции, фольгу от обертки шоколада, пустой спичечный коробок и т. д. Купили мы только источник постоянного тока типа крона «Корунд». На спицу (ось ротора) закрепили спичечный коробок с проволочными рамками, выводы которых запаяны на контактные кольца из фольги. В качестве подшипников ротора использовали пластмассовые втулки (закрепленные в металлических стойках), для уменьшения трения, смазали их машинным маслом. Определенные затруднения мы испытали, когда регулировали контакт между «щётками» - оголёнными проводами и контактными кольцами на роторе. Необходимо было добиться, чтобы и контакт был постоянный и хороший, и в то же время, прижимающиеся «щётки» не притормаживали вращение ротора. Добившись желаемого, приступили к проведению «ходовых испытаний», по результатам которых определили коэффициент полезного действия нашего электродвигателя. Для этого с помощью амперметра измерили силу тока в проволочной рамке, а АВОметром – падение напряжения. Определили массу поднимаемого тела, высоту подъёма тела, время подъёма.

Модель нами изготовлена, «ходовые испытания» проведены. Финансовые затраты – минимальные. Значение кпд ≈ 5,33% мы считаем для такой модели хорошим результатом. Нашу модель можно использовать как демонстрационную действующую модель на уроках, дополнительных занятиях, а так же, изучая устройство простейшего электродвигателя, при серьёзном отношении к делу, её можно разобрать и вновь собрать, без ущерба для модели.

Новые технологии на страже водосбережения

 »  »  » 
Геотермальная энергия
Биомеханика
Мыльные пузыри
Открытки своими руками
Поиск