Лабораторная работа №19. Изучение работы электродвигателя и генератора.

Цель работы: С помощью электронного конструктора «Знаток» изучить работу электромотора и генератора переменного тока.

Оборудование: электронный конструктор «Знаток».

Теория:

Электродвигатель (электромотор) – машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной его характеристикой является мощность. Существуют электродвигатели постоянного и переменного тока. Область применения двигателей постоянного тока - дворники автомобиля, стеклоподъёмники, аккумуляторные дрели, игрушки, плееры, DVD-проигрыватели, роботы, бытовая техника.

Его действие основано на взаимодействии полюсов постоянного магнита и электромагнита - рамки (катушки) с током. При протекании тока по катушке у неё образуются северный и южный полюсы, которые взаимодействуют с полюсами магнита. Рамка начинает поворачиваться и с помощью коллектора проскакивает положение равновесия, при этом коллектор меняет направление тока в рамке – меняются полюсы электромагнита и снова одноимённые полюсы начинают отталкиваться, а разноимённые – притягиваться. Т.о., пока присутствует напряжение питания, двигатель вращается.

Простейший коллектор представляет собой 2 металлических полукольца, жёстко скрепленные с рамкой (обмоткой) и осью. Роль коллектора заключается в переключении направления тока на противоположное при постоянном токе питания двигателя от батареи конденсаторов (аккумулятора).

Электрогенератор – Электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую. Существуют электрогенераторы постоянного и переменного тока. Область применения: автомобили – для зарядки аккумулятора и питания бортовой сети, бензиновые и дизельные миниэлектростанции и т.д.. Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции – когда в проводнике, пересекающем линии магнитного поля, возникает электрический ток, называемый индукционным.

Внешний механический привод вращает рамку в поле магнита и в ней индуцируется ток. Дважды за период ток будет менять своё направление, но благодаря коллектору, столько же раз меняются полукольца у каждой щётки, и ток на выходных клеммах будет течь в одном направлении. Выходящий однополярный ток превращают в постоянный с помощью стабилизатора напряжения и сглаживающего фильтра. Чем выше скорость вращения рамки, тем больше отдаваемый ток.

Если в генераторе используется не один коллектор из 2х полуколец, а 2 кольцевых коллектора, то на выходе возникает переменный синусоидальный ток.

Подвижная часть электродвигателя и электрогенератора (обмотка, коллектор и сердечник) называется ротором, а неподвижная (магниты и корпус с держателями оси) – статором. Для усиления крутящего момента и плавности хода делают несколько многовитковых обмоток и помещают их на сердечник сложной формы.

Ход работы:

1. Соблюдая полярность, соберите схему 1.

2. Замкните кнопку и держите 5 секунд, затем отпустите.

3. Измерьте высоту взлёта пропеллера.

4. Соблюдая полярность, соберите схему 2.

5. Повторите п.2-3.

6. Сделайте вывод о зависимости высоты подъёма пропеллера и скорости электродвигателя от напряжения питания.

7. Соблюдая полярность, соберите схему.

8. Быстро вращайте ось по часовой стрелке.

9. Поменяйте полярность подключения. Добейтесь возникновения тока в цепи.

10. Сделайте вывод о влиянии направления вращения оси на возникновение тока в цепи.

11. Соблюдая полярность, соберите схему.

12. Замкните выключатель. Опишите поведение лампы накаливания на 300 мА.

13. Осторожно притормозите пальцем электродвигатель. Опишите поведение лампы накаливания. Сделайте вывод о зависимости потребления тока лампой от увеличения нагрузки на двигатель.

Контрольные вопросы:

1. Когда чаще всего перегорают предохранители: при включении электродвигателей бытовой техники или при выключении? Почему?

2. Можно ли в некоторых случаях заменять генератор тока электродвигателем?

3. Как можно плавно изменять скорость вращения электродвигателя?

4. Опишите принципы работы электродвигателя и электрогенератора.