Меню

Технология. 9 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман

§ 34. Электрические двигатели

В промышленности, на транспорте и в быту широко используются специальные электрические машины — электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую. Электродвигатели могут работать от постоянного и переменного тока.

Электродвигатели приводят в движение и работу станки (электропривод), электрифицированный транспорт (электротяга), вентиляторы, барабан стиральных машин, плееры, магнитофоны и другие устройства. Электрические двигатели бывают маленькими и огромными, в зависимости от назначения и мощности. Действие простейшего электродвигателя (коллекторного двигателя) постоянного тока основано на следующем физическом явлении: при протекании тока через проводник, который расположен в магнитном поле, на проводник действует механическая сила, стремящаяся сдвинуть этот проводник в сторону. При изменении направления тока направление действия механической силы меняется, и она стремится сдвинуть проводник в противоположную сторону. Если проводник заменить витком, то он будет поворачиваться в магнитном поле (рис. 5.10). Для увеличения вращающего момента виток заменяют катушкой.

Pиc. 5.10. Принцип действия коллекторного электродвигателя

Каждый электродвигатель имеет статор — неподвижную часть и ротор — вращающуюся часть (рис. 5.11).

Рис. 5. 11. Схема коллекторного двигателя:
1 — якорь; 2 — сердечник полюса; 3 — обмотка полюса; 4 — статор; 5 — вентилятор; 6 — щётки; 7— коллектор

Магнитное поле создаётся в статоре с помощью постоянных магнитов или электромагнитов. Через вращающуюся обмотку ротора должен протекать ток. Этот ток подводится к ротору через щётки и пластины коллектора — специального узла электродвигателя. Щётки расположены на статоре, а коллектор — на роторе.

Изменив направление тока ротора, можно изменить направление его вращения, т. е. осуществить реверсирование двигателя.

Коллекторные двигатели широко используются на транспорте (электропоездах, поездах метро, трамваях, троллейбусах), так как позволяют в широких пределах изменять скорость вращения ротора, следовательно, скорость движения электротранспорта.

Принципиальная электрическая схема цепи, содержащей источник питания, переменное сопротивление — реостат, предохранитель и двигатель постоянного тока, приведена на рисунке 5.12. Изменяя сопротивление реостата, можно менять скорость вращения ротора. Примерно это и делает водитель троллейбуса, изменяя скорость его движения.

Рис. 5.12. Принципиальная электрическая схема подключения электродвигателя

Обратите внимание, что на электротехнических схемах, в отличие от схем, с которыми вы работаете на уроках физики, рядом с условным обозначением элемента цепи имеется дополнительное буквенное обозначение. Некоторые обозначения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Обозначения элементов цепи

Буквенный код	Элемент	Обозначение элемента
GB	Батарея
FU	Предохранитель
M	Двигатель
P (А, V и т. д.)	Прибор (амперметр, вольтметр и т. д.)
HL	Лампа накаливания
R	Резистор
SA	Выключатель

Кроме электродвигателей постоянного тока, в промышленности широко используются электродвигатели переменного тока. К ним относятся коллекторные двигатели переменного тока с электромагнитным возбуждением. В подобных двигателях магнитное поле статора создаётся током, протекающим через его обмотку, от электрической сети. Когда направление переменного тока меняется, изменяется направление магнитного поля статора. Одновременно изменяется направление тока ротора, поскольку обмотка ротора также подключена к электрической сети. В результате сила, вращающая ротор, не меняет направления, и ротор вращается.

Широкое применение получили асинхронные двигатели переменного тока. В этих двигателях статор создаёт вращающееся магнитное поле. Если поместить в это поле магнитную стрелку, она начнёт вращаться. Однако внутрь статора помещают не стрелку, а короткозамкнутый ротор (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронного двигателя

В нём возникают токи, взаимодействующие с вращающимся магнитным полем статора и создающие вращающий момент. Ротор вращается. Эти двигатели широко используются для приведения в движение станков — токарных, фрезерных, сверлильных и других (электропривод станков), а также в электробытовых приборах.

В электродвигателях происходит преобразование электрической энергии в механическую работу.

Электродвигатели обладают очень интересной особенностью — обратимостью. Если вращать рамку (ротор), то в ней возникнет электрический ток. Таким образом, электродвигатель может работать в режиме генератора электрического тока.

Практическая работа № 23

«Двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов»

Цель работы, изучить устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока.

Оборудование и материалы, блок питания, лампа накаливания, электродвигатель постоянного тока, переменный резистор, предохранитель, ключ, провода и перемычки, миллиамперметр, вольтметр.

Порядок выполнения работы

1. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, содержащей источник питания, двигатель постоянного тока, элемент регулировки, предохранитель, ключ, электролампу для индикации силы тока, миллиамперметр (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Принципиальная схема электрической цепи

2. Соберите электрическую цепь. Изменяя значение сопротивления переменного резистора, определите, как связаны между собой скорость вращения ротора электродвигателя и сила потребляемого им тока.

3. Притормозите ротор электродвигателя рукой. Как изменяется сила потребляемого тока в ответ на увеличение нагрузки?

4. Поменяйте полярность подаваемого на электродвигатель напряжения. Изменилось ли при этом направление вращения ротора? Обесточьте цепь с помощью ключа SA. Внимательно наблюдая за лампой накаливания, включите электродвигатель. Сделайте вывод, как соотносятся между собой силы пускового и рабочего тока двигателя.

5. Проверьте, работает ли электродвигатель постоянного тока от источника переменного напряжения.

6. Разберите цепь. Подключите параллельно к электродвигателю вольтметр. Вращая рукой ротор двигателя сначала в одну, а потом в другую сторону, убедитесь в том, что теперь электродвигатель работает в качестве электрогенератора, т. е. преобразует механическую энергию в электрическую.

Вопросы и задания:

1. Как действуют электродвигатели постоянного тока?

2. Как изменить направление вращения ротора электродвигателя постоянного тока?

3. Где используются коллекторные двигатели?

4. Какие двигатели переменного тока вы знаете?

5. Приведите примеры электробытовых приборов, в которых присутствует электрический двигатель.