Практическая работа № 22 «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
- Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, содержащей источник питания, двигатель постоянного тока, элемент регулировки, предохранитель, ключ, электролампу для индикации силы тока, миллиамперметр (рис. 6.14).
- Соберите электрическую цепь. Изменяя значение сопротивления переменного резистора, определите, как связаны между собой скорость вращения ротора электродвигателя и сила потребляемого им тока.
- Притормозите ротор электродвигателя рукой. Как изменяется сила потребляемого тока в ответ на увеличение нагрузки?
- 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.
- Проверьте, работает ли электродвигатель постоянного тока от источника переменного напряжения.
- 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.
На рисунке 6.14 показана последовательная цепь с источником постоянного напряжения 9 В.
Пример выполнения работы на учебном оборудовании. Наблюдения ниже — образец, который нужно сопоставить с собственным опытом. Сборку и изменение соединений выполняем при разомкнутом ключе под руководством учителя.
-
Для схемы рисуем замкнутый контур проводов. От положительного вывода источника
В последовательно размещаем ключ SA, лампу HL, миллиамперметр PA, двигатель M, переменный резистор R и предохранитель FU. Последний провод возвращаем к отрицательному выводу источника. Используем обозначения таблицы . ; у миллиамперметра «+» обращаем к положительному выводу источника. Лампа и прибор включены последовательно, поэтому через них проходит ток двигателя. -
После проверки цепи замыкаем ключ. Постепенно уменьшаем сопротивление R. Пример наблюдения: двигатель ускоряется, показание миллиамперметра увеличивается, лампа светит ярче. При увеличении сопротивления наблюдается обратное. Переменный резистор регулирует ток в цепи и тем самым режим двигателя, как объясняется в §
. Такое сравнение относится к изменению сопротивления при одинаковой механической нагрузке. -
Кратковременно и осторожно притормаживаем доступный вал учебного двигателя, не останавливая его надолго. Пример: скорость уменьшается, а потребляемый ток возрастает. Двигателю требуется больший вращающий момент, чтобы преодолеть возросшую нагрузку. Поэтому нельзя считать, что меньшей скорости всегда соответствует меньший ток: здесь менялась нагрузка, а в предыдущем опыте — сопротивление цепи.
-
Размыкаем ключ и меняем местами провода на выводах двигателя. После включения ротор вращается в противоположную сторону: направление тока в его обмотке изменилось, а поле постоянных магнитов осталось прежним. По §
вследствие этого меняется направление механических сил. При новом пуске лампа сначала вспыхивает ярче, затем её яркость уменьшается. Следовательно, пусковой ток больше рабочего. -
Кратковременно подключаем двигатель к разрешённому учителем источнику малого переменного напряжения. Двигатель с постоянными магнитами не обеспечивает устойчивого вращения: возможны дрожание или гудение. При смене направления тока меняется направление сил на роторе. В отличие от коллекторного двигателя переменного тока, магнитное поле статора здесь не меняется одновременно с током ротора.
-
Отключаем источник и оставляем двигатель соединённым только с вольтметром подходящего диапазона. Вращаем вал рукой. Пример: вольтметр показывает напряжение; при обратном вращении меняется его полярность. Это проявление обратимости электрической машины, описанной в §
: теперь механическая энергия вращения преобразуется в электрическую.
Пример выводов: при уменьшении сопротивления регулятора ток и скорость двигателя возрастают. Увеличение механической нагрузки уменьшает скорость и увеличивает ток; пусковой ток больше рабочего. Смена полярности вызывает реверс, переменный ток не обеспечивает устойчивого вращения двигателя с постоянными магнитами, а вращение его вала вручную позволяет получить электрическое напряжение.
