Электродвигатели | Частная школа. 8 класс

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.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

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».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 7 407

Двигатели постоянного тока

Урок 45. Технология 8 класс ФГОС

На этом уроке мы с вами поговорим о двигателе постоянного тока. Выясним, каково устройство и принцип действия коллекторного электродвигателя. Рассмотрим два случая подключения обмотки возбуждения к источнику тока в роторе, который состоит из электромагнита. И познакомимся с устройством настоящего рабочего электродвигателя.

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.

На
производстве и в быту чаще всего используют коллекторный электродвигатель.
Перед вами модель простейшего коллекторного электродвигателя. Он состоит из
неподвижной части – статора и вращающейся части – ротора. В качестве статора
выступает постоянный магнит. Ротор состоит из якоря и коллектора. Простейшим
якорем может быть электромагнит, который представляет собой сердечник и
обмотку. На валу якоря укреплён коллектор, который представляет собой два
полукольца. Они изолированы не только друг от друга, но и от вала двигателя.
Каждый вывод обмотки якоря припаивают к отдельному полукольцу. Электрический
ток от батареек поступает в обмотку якоря через щётки – специальные скользящие
контакты. Щётки чаще всего представляют собой две упругие металлические
пластины, которые соединены проводами с источником тока и прижаты к полукольцам
коллектора.

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.

Предыдущий урок 44
Техника безопасности при работе с бытовыми электроприборами

Следующий урок 46
Электроэнергетика будущего

Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций
Технология 8 класс ФГОС

Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Электродвигатель

— введение, работа, детали и применение

Дата последнего обновления: 16 апреля 2023 г. выявлял аспекты и использование электричества.

Электродвигатель, в целом хорошо известный как двигатель, является одним из самых больших достижений в области науки. Жизнь, которую мы ведем сегодня, связана с изобретением двигателей, иначе мы использовали бы электричество только для того, чтобы зажечь лампочку. Электродвигатель – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Проще говоря, электродвигатель — это устройство, используемое для производства вращательной энергии.

Принцип работы электродвигателя

Принцип действия электродвигателя заключается в том, что катушка помещается в магнитное поле и через нее проходит ток, что приводит к вращению катушки.

Работа электродвигателя

Теперь давайте начнем с работы электродвигателя. Схематическое изображение электродвигателя показано ниже.

Прежде чем мы поймем, как это работает, давайте посмотрим на части электродвигателя. Базовая конструкция электродвигателя состоит из прямоугольного провода, двух сильных магнитов и аккумулятора. Если нас спросят, каковы два основных компонента электродвигателя, ответом будут магниты для создания магнитного поля и катушка для демонстрации эффекта магнитного поля.

Детали электродвигателя

• Прямоугольная катушка ABCD.

• Два сильных магнита, которые могут быть любого типа, будь то подковообразный или стержневой магнит. Они используются для создания сильного магнитного поля.

• Разрезные кольца используются для вращения прямоугольной катушки.

• Щетки используются в качестве контакта между разрезными кольцами.

Рабочий

• Теперь при пропускании электрического тока через прямоугольную катушку ABCD. Мы замечаем, что ток между плечами BC и AD параллелен магнитному полю, тогда как ток между AB и CD перпендикулярен магнитному полю. Поэтому магнитное поле будет действовать только на плечи AB и CD.

• Согласно правилу левой руки Флеминга, в плече АВ сила направлена ​​вниз, а магнитное поле направлено с севера на юг. Точно так же в руке CD направление силы направлено вверх.

• Следовательно, силы в плечах AB и CD направлены в противоположные стороны, это приведет к вращению прямоугольной катушки ABCD.

• После половины оборота кольцо Q соприкоснется со щеткой X, а кольцо P соприкоснется с Y, это приведет к изменению направления тока.

• Поскольку направление тока изменилось, направление сил в плечах AB и CD также изменится, поэтому катушка продолжает вращаться в том же направлении.

После изучения двигателей возникает обычный вопрос: для чего используются электродвигатели. Электродвигатели широко используются в большинстве бытовых приборов, таких как вентиляторы, миксеры и т. д.

Применение электродвигателей

• Они используются в электрических вентиляторах.

• Используются в стиральных машинах.

• Используется в водяных насосах.

Типы электродвигателей

Существует три основных типа электродвигателей: двигатели постоянного тока, двигатели переменного тока и другие двигатели специального назначения.

Ниже перечислены подтипы и пояснения к двигателям постоянного и переменного тока, а также двигателям специального назначения:

(A) Двигатель постоянного тока: Электродвигатель, который используется для преобразования постоянного электрического тока в механическую работу, называется двигателем постоянного тока. Различные типы двигателей постоянного тока включают шунтирующий двигатель постоянного тока, двигатель с независимым возбуждением, серийный двигатель, двигатель с постоянным током и комбинированный двигатель.

1. Шунтовой двигатель постоянного тока. Подобно обмоткам якоря и обмоткам возбуждения, обмотки шунтирующего двигателя постоянного тока соединены параллельно; эта параллельная связь называется шунтом, а обмотка называется шунтирующей обмоткой.

2. Двигатель с независимым возбуждением. В этом типе двигателя обмотки якоря сделаны более прочными для создания большего потока, а соединение между статором и ротором построено с использованием различных источников питания. Электродвигатель с независимым возбуждением управляется из каскада.

3. Двигатель постоянного тока – обмотки ротора в этом типе двигателя соединены последовательно. Двигатель постоянного тока работает по простому закону электромагнетизма. Электромагнитный закон гласит, что для создания электродвижущей силы электромагнитное поле приводится во взаимодействие с электрической цепью. Электромагнитный закон приводит к вращательному движению двигателя. Этот тип двигателя в основном используется в автомобилях или лифтах в качестве стартеров.

4. Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами. Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами или постоянный магнит поставляется со встроенным магнитом, который постоянно находится внутри двигателя. Этот магнит обеспечивает формирование крайне необходимого для работы электродвигателя магнитного поля.

5. Составной двигатель постоянного тока. Составной двигатель постоянного тока представляет собой сочетание последовательного двигателя постоянного тока и шунтирующего двигателя постоянного тока. Поскольку в этом двигателе присутствуют как последовательная, так и шунтирующая обмотки, пуск и ротор соединены друг с другом через соединение последовательной и шунтирующей обмотки.

(B) Двигатель переменного тока: AC в двигателе переменного тока означает переменный ток, который используется для его работы. Этот тип двигателя обычно состоит из внешней и внутренней частей; внешний статор состоит из катушек, через которые пропускается переменный заряд или ток для создания вращения в магнитном поле. В то время как внутренняя часть ротора соединена с выходным валом, который генерирует второе магнитное поле при вращении. Двумя основными типами двигателей переменного тока являются синхронный двигатель и асинхронный двигатель.

Ниже приведены объяснения работы двух типов двигателей переменного тока:

1. Асинхронный двигатель. Асинхронный двигатель — это тип двигателя переменного тока, который работает на асинхронной скорости; поэтому его также называют асинхронным двигателем. Этот двигатель использует электромагнитную индукцию для преобразования электрической энергии в механическое движение двигателя. Существует два типа асинхронных двигателей: двигатель с короткозамкнутым ротором и двигатель с фазной обмоткой.

2. Синхронный двигатель- Синхронный двигатель работает от трехфазной сети. Статор генерирует ток вращающегося поля, от которого также зависит работа ротора. Когда точность вращения очень высока, эти типы двигателей можно использовать в робототехнике и автоматике.

(C) Двигатель специального назначения: Проще говоря, двигатели специального назначения включают в себя все другие типы двигателей, кроме двигателей переменного тока и двигателей постоянного тока общего назначения. Некоторыми из широко используемых двигателей специального назначения являются шаговые двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока, гистерезисные двигатели и реактивные двигатели.

Ниже приведены пояснения по работе этих двигателей специального назначения:

1. Шаговый двигатель. Эффективной альтернативой стабильному вращению является вращение под углом шага, которое может быть обеспечено шаговыми двигателями. Мы знаем, что угол поворота любого ротора составляет 180 градусов. Однако в шаговых двигателях этот угол поворота делится на несколько шагов, например 9.шаг 20 градусов. Некоторые приложения шаговых двигателей включают генераторы, плоттеры, изготовление схем и инструменты управления технологическим процессом.

2. Бесколлекторный двигатель постоянного тока. Инновационные бесщеточные двигатели постоянного тока предназначены для достижения высокого качества работы при меньшем занимаемом пространстве. Эти типы двигателей меньше, чем двигатели переменного тока. Отсутствие коммутатора и токосъемного кольца восполняется имплантацией контроллера в шаговый двигатель.

3. Двигатель с гистерезисом. Двигатель с гистерезисом имеет самую уникальную работу из всех двигателей. Это синхронный двигатель, в котором вращательная сила в роторе создается с использованием гистерезиса и вихревых токов. Движение в роторе достигается за счет вращающегося потока обмотки статора.

4. Реактивный двигатель. Этот тип двигателя представляет собой однофазный синхронный двигатель и обычно применяется в генераторах сигналов и регистраторах. Вспомогательная обмотка обеспечивает стабильную скорость двигателя.

Знаете ли вы?

Электрогенераторы – это оборудование, работающее в обратном направлении. Электрогенераторы производят электричество за счет вращения.

Работа электродвигателя

Что такое электродвигатель?

Дата последнего обновления: 12 апреля 2023 г.

•

Всего просмотров: 74,1 тыс.

•

Просмотров сегодня: 0,45 тыс.

Вы когда-нибудь задумывались, как работает вентилятор или как водяной насос подает воду на крышу вашего дома? Водяной двигатель направляет подземные воды в дома метровой высоты только за счет электричества? Как это вообще возможно? Какой принцип лежит в основе всех этих явлений? Ответ:

У всех этих приборов есть одна общая черта. Что это такое? Электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, называется электродвигателем. Большой процент электродвигателей работает за счет создания силы в виде крутящего момента, приложенного к валу двигателя за счет комбинации магнитного поля двигателя и электрического тока в проволочной обмотке.

Электродвигатель

Определение

Устройство, которое вращается. Электродвигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.

Детали электродвигателя

• Прямоугольная катушка — катушка расположена перпендикулярно магниту

• Сильный магнит

• Два разрезных кольца действуют как коммутаторы и меняют направление тока в цепи

  3

  • Внутренняя сторона разрезных колец прикреплена к свободно вращающейся оси

  • Снаружи кольца прикреплены к щеткам, которые, в свою очередь, соединяют всю цепь с аккумулятором

  • Аккумулятор для подачи тока

  Принципиальная схема электродвигателя

  Работа электродвигателя

  • Когда батарея включена, ток начинает течь через прямоугольную катушку в направлении от А до В, а создаваемое электрическое поле направлено с севера на юг направление. Следовательно, в соответствии с правилом большого пальца левой руки Флеминга к катушке на участке AB прикладывается направленная вниз сила. Принимая во внимание, что в соответствии с вышеуказанным принципом на сторону CD катушки действует направленная вниз сила, поэтому катушка начинает вращаться

  • Через пол-оборота CD заменяет AB и ток начинает течь через него от C к D и электрическое поле приложено с севера на юг, поэтому CD испытывает направленную вниз силу, а AB испытывает восходящую силу.

  • Это препятствует вращению, так как мы хотим вращать катушку полностью, а не частично. И поэтому, чтобы преодолеть это, ток в цепи меняется на противоположный на пол-оборота.

  • Для изменения направления тока в цепи используется коммутатор. Коллектор состоит из разрезных колец и щеток, прикрепленных к аккумулятору

  • Теперь, когда катушка вращается, кольца также вращаются вместе с ней и Когда катушка становится параллельной магнитному полю, щетки касаются небольшого зазора между кольцами, и цепь разрывается

  • Теперь, из-за по инерции кольцо продолжает двигаться, поэтому противоположный конец кольца соединяется с положительным концом провода.

  Разрезное кольцо P соединяется с катушкой CD, а разрезное кольцо Q соединяется с катушкой AB. Что, в свою очередь, меняет направление тока в цепи.

  • Теперь катушка CD находится слева, а AB — справа. Ток в катушке CD течет в обратном направлении, то есть от D к C. Значит, сила на CD направлена ​​вниз, а сила на AB направлена ​​вверх. Таким образом, катушка продолжает вращаться

  • Такое изменение направления электрического тока происходит через каждые пол оборота и катушка продолжает вращаться до тех пор, пока батарея не выключится.

  • Если разрезное кольцо не используется, катушка вращается наполовину по часовой стрелке, а наполовину против часовой стрелки. направление.

  Some Devices in Which Electric Motors are Used

  • Washing Machines

  • Mixers and grinders

  • Electric fans

  • Refrigerators

  • Electric cars

  Summary 

  An электродвигатель используется для различных целей в повседневной жизни: от охлаждения воздуха летом до заполнения водой на огромных высотах.