Юному фізику - Використання електродвигунів змінного струму, та демонстрація роботи електродвигуна
Електродвигуни змінного струму широко використовуються як в побутовому, так і в промисловому секторах. Такий пристрій отримав дуже широке поширення у всіх сферах життя. Завдяки електричним двигунам вдалося замінити у багатьох областях працю людини роботою машини. Використання двигунів змінного струму набагато більш поширене, ніж двигунів постійного струму. Двигуни змінного струму грають дуже важливу роль у повсякденному житті, починаючи від перекачування води в верхній резервуар і закінчуючи маневреним сучасним роботом. Основним фактором, який призводить до прийняття і широкого використання в різних областях, є його гнучкість і його величезна різноманітність, яка може відповідати практично будь-якого попиту. Річ в тому, що більшість електродвигунів змінного струму не мають колекторів і щіток і завдяки цьому мають велику надійність в роботі. Широке застосування двигуни змінного струму знайшли в мостових кранах. Крім того, їх використовують в інструментах, комп'ютерах, рухомих механізмах, в побуті.
Електродвигуни - це машини, здатні перетворювати електричну енергію в механічну. В даній статті мова піде про двигуни змінного струму, які скорочено називаються ДЗС.
Італійський фізик і інженер, Галілео Ферраріс в 1885 році, винайшов перший двофазний асинхронний електродвигун. Однак Ферраріс думав, що такий двигун не зможе мати ККД вище 50%, тому він втратив інтерес і не продовжував покращувати асинхронний електродвигун. Ферраріс першим пояснив явище обертового магнітного поля.
Американець сербського походження, винахідник, Нікола Тесла в 1887 році, працюючи незалежно від Ферраріса, винайшов і запатентував двофазний асинхронний електродвигун з явно вираженими полюсами статора (зосередженими обмотками).
Російський електротехнік польського походження, Михайло Осипович Доліво-Добровольський в 1889 - 1891 роках, прочитавши доповідь Ферраріса винайшов ротор у вигляді "білячої клітки". Подальша робота в цьому напрямку призвела до розробки трифазної системи змінних струмів і трифазного асинхронного електродвигуна, який отримав широке застосування в промисловості і практично не змінився до нашого часу.
Основні типи електродвигунів.
1. Синхронні двигуни мають ротор (підключений до навантаження), що обертається з тією ж швидкістю, що і швидкість обертання струму статора. Іншими словами, ми можемо сказати, що ці двигуни не мають ковзання по току статора. Іноді вони використовуються не для управління навантаженням, а замість цього діють як «синхронний конденсатор», щоб поліпшити коефіцієнт потужності локальної мережі, до якої вона підключена. Ці типи двигунів використовуються навіть в високоточних пристроях позиціонування, таких як сучасні роботи.
2. Асинхронні двигуни. Ці типи двигунів, як правило, використовуються в повсякденному житті, від перекачування води через верхній резервуар до живильних насосів котлів електростанції. Ці двигуни дуже гнучкі у використанні і відповідають різним потребам.
Асинхронні двигуни дуже важливі для багатьох галузей промисловості. Вони зазвичай використовуються для різних типів насосів, компресорів та діють як головні двигуни для багатьох машин. Трифазні двигуни, як правило, використовуються для високих вимог до потужності, таких як силові приводи для компресорів, гідравлічних насосів, систем кондиціонування повітря, іригаційні насоси і багато іншого.
3. Однофазні двигуни, як правило, знаходять своє застосування в вимогах з низьким енергоспоживанням – побутових приладах, таких як стельові вентилятори, подрібнювачі змішувачів, переносні електроінструменти і т.д.
4. Двофазні електродвигуни дуже часто використовуються в техніці. Як правило ці електродвигуни використовують однофазну електромережу, а друга фаза утворюється за допомогою зсува фази на 90о за допомогою ємностей, тобто конденсаторів. Як приклад, електродвигун в програвачу грамофонних платівок.
Найпростіше зробити демонстрацію електродвигуна від програвача грамофонних платівок – такі електродвигуни, типу ЭДГ-2 досить поширені. Такі електродвигуни мають біляче колесо, яке також можливо показати учням розібравши електродвигун. Електродвигун має чотири котушки в статорі – дві робочі, встановлені навпроти одна – другій; і дві пускові, також встановлені навпроти одна – другій. Пускова обмотка має опір більший ніж робоча, так для цього електродвигуна Rпуск. = 146 Ом, а Rроб. = 139 Ом. Електродвигуни випускалися на 127 В, тому їх необхідно живити від понижувального трансформатора, або через додатковий потужний резистор який буде «забирати на себе» лишок напруги. Як показав експеримент, електродвигун ЭДГ-2 працює навіть від 65 В змінного струму – це при додатковому опорі
1,5 кОм, а при опорі 680 Ом на електродвигуні буде 100 В. Підбір опору щоб отримати 127 В не робилося, бо не було потреби в цьому. Щоб утворити обертовий момент на пускову обмотку струм подається через фазоссувний конденсатор. Принципова електрична схема запуску електродвигуна ЭДГ-2 від електромережі через додатковий резистор приведена на рис. 1.
На вал електродвигуна намотано провідник – щоб краще було видно що вал обертається; замість провідника можливо обмотати ізострічкою з «хвостиком».
На фото 1 показано електродвигун в стані спокою. На фото 2 показано електродвигун в стані роботи. На фото 3 показано електродвигун в розібраному стані. Спочатку необхідно показати електродвигун в роботі, а потім розібрати його. На розбирання електродвигуна витрачається 3 хвилини – розкрутити два гвинта, а на збирання 5 хвилин (фактично також 3 хвилини, але ще дві хвилини затрачається на центрування ротора, щоб він вільно обертався не торкаючись статора). Всі з’єднання необхідно ретельно заізолювати. При «штатному» включенні вал електродвигуна обертається по часовій стрілці, а якщо поміняти місцями виводи 3, 4 пускової обмотки, то вал поміняє напрям обертання.
Увага: Схема пристрою має гальванічний зв’язок з електромережею – необхідно строго виконувати правила техніки безпеки при роботі з електросхемами
