Сообщение про двигатель 7 класс

Обновлено: 17.05.2024

§ 30. Устройство и работа электродвигателя

Использование электрических приборов: электродрели, шуруповёрта, рубанка, пилы, блендера, мясорубки – позволяет облегчить ручной труд и сделать его более производительным. Одним из основных элементов этих приборов является электрический двигатель.

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. Первый в мире электродвигатель создал русский учёный академик Борис Семёнович Якоби в 1838 году.

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. Перед другими видами двигателей (паровыми, внутреннего сгорания) электродвигатели имеют большие преимущества. При работе они не выделяют вредных газов, дыма или пара, не нуждаются в запасах топлива и воды, их легко установить в любом удобном месте (на стене, под полом трамвая или троллейбуса, в корпусе магнитофона или в колёсах лунохода).

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. 1). Для увеличения вращающего момента виток заменяют катушкой.

Рис. 1. Принцип действия коллекторного электродвигателя

Модель простейшего коллекторного электродвигателя показана на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство простейшего коллекторного двигателя: якорь электродвигателя начинает вращаться из-за отталкивания одноимённых полюсов якоря и статора. Коллектор вращается вместе с якорем

Каждый электродвигатель имеет статор – неподвижную часть и ротор – вращающуюся часть (рис. 3). Статор , представляет собой постоянный магнит, служит для создания постоянного магнитного поля. Ротор состоит из якоря и коллектора .

Простейший якорь — это электромагнит, состоящий из сердечника и обмотки. Коллектор , укреплённый на валу якоря, выполнен из двух полуколец, изолированных друг от друга и от вала двигателя. Каждый вывод обмотки якоря припаян к отдельному полукольцу. Электрический ток от источника (батарейки) подаётся в обмотку якоря через специальные скользящие контакты — щётки . Это две упругие металлические пластины, соединённые проводами с источником тока и прижатые к полукольцам коллектора. Якорь, как любой электромагнит, должен иметь северный и южный полюса. Как же они образуются?

Щётка, расположенная на рисунке 2 с левой стороны, соединяется с отрицательным зажимом батарейки, а щётка, расположенная справа, — с положительным. Поэтому электрический ток, проходя по обмотке якоря, делает одну его сторону северным полюсом, а другую — южным. Из рисунка видно, что северный полюс якоря расположен рядом с северным полюсом статора, а южный полюс якоря — рядом с южным полюсом статора. Благодаря отталкиванию одноимённых магнитных полюсов статора и якоря якорь начинает вращаться. Вместе с якорем поворачивается и коллектор (рис. 2).

Рис. 3. Схема коллекторного двигателя

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 4. Изменяя сопротивление реостата, можно менять скорость вращения ротора. Примерно это и делает водитель троллейбуса, изменяя скорость его движения.

Рис. 4. 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 1

Т аблица 1. Обозначения элементов цепи

При вращении якоря его северный полюс притягивается к южному полюсу статора. Однако ещё до момента сближения этих полюсов в результате взаимного притяжения полукольца коллектора, изменившие положение относительно щёток, изменяют полярность якоря. При этом изменяется направление тока в обмотке якоря. Таким образом, коллектор в электродвигателе является специальным переключателем, служащим для автоматического изменения направления тока в обмотке якоря. В результате изменения полярности якоря полюса снова отталкиваются друг от друга и вращение продолжается.

Вместо постоянного магнита для создания магнитного поля в двигателях обычно используют электромагниты.

Обмотку возбуждения можно подключать к источнику тока по-разному. В одних случаях её присоединяют к тем же зажимам источника, что и обмотку якоря, т. е. параллельно. Такое соединение показано на рисунке 5, а.

Рис. 5. Электродвигатель постоянного тока: а — с параллельным возбуждением, б — с последовательным возбуждением

Возможно и последовательное соединение якоря с обмоткой возбуждения (рис. 5, б).

Способ включения обмотки возбуждения относительно якоря отражается на свойствах электродвигателя.

При параллельном возбуждении число оборотов двигателя мало меняется с увеличением механической нагрузки на вал. Поэтому двигатели с параллельным возбуждением используют для привода станков. В двигателях с последовательным возбуждением число оборотов резко уменьшается с увеличением механической нагрузки на вал. Это свойство позволяет использовать такие двигатели на электрическом транспорте.

Электромагнитное возбуждение двигателя даёт возможность не только усилить магнитное поле по сравнению с полем постоянных магнитов, но и управлять его интенсивностью. Для этого необходимо изменять реостатом величину тока в цепи обмотки возбуждения (рис. 6, а), изменяя тем самым число оборотов двигателя.

Рис. 6. Схемы регулирования скорости в двигателях постоянного тока: а — путём изменения величины тока возбуждения; б — путём смены напряжения электропитания

Менять число оборотов двигателя можно и путём перемены напряжения на его зажимах (рис. 6, б). Однако надо помнить, что такой путь экономически менее выгоден, так как через реостат будет проходить весь ток двигателя, что создаёт дополнительные потери электрической энергии в реостате.

Настоящий рабочий электродвигатель по конструкции более сложен (рис. 7), чем рассмотренная модель.

Рис. 7. Коллекторный электродвигатель постоянного тока: а — общее устройство: 1 — подшипники, 2 — задняя крышка статора, 3 — обмотка, 4 — якорь, 5 — сердечник, 6 — обмотки электромагнита, 7 — коллектор, 8 — передняя крышка статора, 9 — вал, 10 — вентилятор; б — медные пластины коллектора

Вместо постоянного магнита магнитное поле статора образуется мощными электромагнитами — магнитными полюсами двигателя. Обмотка 3 одного из полюсов, служащая обмоткой возбуждения, и сердечник 5 отмечены на рисунке 7. Обмотки полюсов соединяются между собой так, чтобы полюсные наконечники сердечников имели разную полярность, обращённую к якорю (рис. 8).

Рис. 8. Соединение обмоток полюсов двигателя постоянного тока: 1 — обмотка возбуждения, 2 — соединительный провод

Вращающийся ротор двигателя состоит из якоря и коллектора (рис. 9).

Рис. 9. Ротор двигателя постоянного тока: 1 — щётки, 2 — коллектор, 3 — соединительные проводники, 4 — обмотка якоря, 5 — вал

Чтобы увеличить коэффициент полезного действия электродвигателя (см. рис. 7), на сердечнике якоря 4 размещают несколько обмоток 6. Поэтому и коллектор 7 состоит не из двух полуколец, а из многих изолированных друг от друга и от вала двигателя медных пластин (рис. 7, б). Коллектор имеет гладкую внешнюю поверхность, на которую накладывают щётки. Щётки из графита прижимаются к коллектору с помощью пружин. Движение якоря передаётся по валу, а с него — непосредственно рабочим органам потребителя. Вал вращается в подшипниках 1, запрессованных в заднюю 2 и переднюю 8 крышки статора. Охлаждение электродвигателя обеспечивается вентилятором 10, крыльчатка которого закреплена на валу 9.

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. 10). 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.

Рис. 10. Короткозамкнутая обмотка ротора асинхронного двигателя

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 № 1

Задание 1. Изучить устройство двигателя постоянного тока.

По плакатам, моделям и натурным образцам изучите устройство и принцип действия коллекторного электродвигателя постоянного тока.
Определите название и назначение входящих в двигатель основных узлов и деталей.
Подготовьте таблицу по предлагаемой форме и занесите данные в соответствующие графы:

Задание 2. Собрать простейшую схему двигателя постоянного тока.

Начертите схему подключения двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов к источнику тока. В схеме предусмотрите использование выключателя для пуска двигателя.
После проверки разработанной схемы учителем соберите электрическую цепь и опробуйте двигатель в работе.
Измените направление вращения якоря двигателя.
Дополните разработанную схему реостатом для изменения напряжения на зажимах двигателя и вольтметром для измерения указанного напряжения.
После проверки схемы учителем соберите электрическую цепь.
Запустите двигатель и проследите, как изменение напряжения на зажимах двигателя влияет на число оборотов якоря.
Результаты наблюдений занесите в лабораторную тетрадь.
Отключите источник. Разберите схему.
Приведите рабочее место в порядок.

Практическая работа № 2

Инструменты и материалы: подковообразный магнит, батарейка на 4,5 В, кнопочный выключатель, медный провод Ø 0,6-0,8 мм и длиной 450 мм, деревянные планки и листовой металл для крепления магнита и проволочной рамки.

Задание. Собрать установку для демонстрации принципа действия электродвигателя.

Установите магнит на деревянной подставке так, чтобы один из его полюсов располагался непосредственно над другим (см. рис. 10).

Рис. 11. Устройство (а) и схема (б) для демонстрации движения проводника с током в магнитном поле: 1 — кнопочный выключатель, 2 — проводники к проволочной рамке, 3 — рамка, 4 — магнит

Соедините концы рамки последовательно с кнопочным выключателем и батарейкой (см. схему рис. 11), пользуясь гибким монтажным проводом из выданного комплекта.
После проверки учителем выполненных соединений замкните на мгновение контакты выключателя. Понаблюдайте за перемещениями рамки.
Поясните, почему проволочная рамка начинает качаться при замыкании собранной вами электрической цепи.
Как на основе проведённой демонстрации можно объяснить принцип действия электродвигателя постоянного тока?

Практическая работа № 3

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

Задание. Изучить устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока.

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.12).

Рис. 12. 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.

Новые слова и понятия

Электродвигатель постоянного тока, электродвигатель переменного тока, коллекторный двигатель, якорь, статор, ротор, щётки, обмотка возбуждения, коллектор, щётки, реверсирование двигателя, асинхронный двигатель.

Документ предоставляется как есть, мы не несем ответственности, за правильность представленной в нём информации. Используя информацию для подготовки своей работы необходимо помнить, что текст работы может быть устаревшим, работа может не пройти проверку на заимствования.

Можно ли скачать документ с работой

Да, скачать документ можно бесплатно, без регистрации перейдя по ссылке:

Двигатели внутреннего сгорания.

ученик ___ класса

г. Нижний Новгород 2002 год.

Один из самых распространенных двигателей – двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Его устанавливают на автомобили, корабли, тракторы, моторные и т.д., во всём мире насчитывается сотни миллионы таких двигателей. Существует два вида двигателей внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные.

Бензиновые ДВС работают на жидком горючем (бензине, керосине и т.п.) или на горючем газе (сохраняемом в сжатом виде в стальных баллонах). Проектируют двигатели где горючим будет водород.

Основная часть ДВС – один или несколько цилиндров, внутри которых происходит сжигание топлива. Отсюда и название двигателя.

Внутри цилиндра движется поршень – металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем – пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт движения поршня коленчатому валу.

Верхняя часть цилиндра сообщается с двумя каналами, закрытыми клапанами. Через один из каналов – впускной, подаётся горючая смесь, через другой – выпускной, удаляются продукты сгорания. В верхней части цилиндра помещается свеча – приспособление для зажигания горючей смеси посредством электрической искры.

Наибольшее распространение получил четырёхтактный двигатель. Рассмотрим его работу. 1-ый такт – впуск (всасывание). Поршень, двигаясь вниз, засасывает горючую смесь. 2-ой такт – сжатие. Впускной клапан закрывается, поршень, двигаясь вверх, сжимает горючую смесь, при сжатии она нагревается. 3-ий такт – рабочий ход. Поршень достигает верхнего положения, смесь поджигается электрической искрой свечи, сила давления газов раскалённых продуктов горения – толкает поршень вниз. Движение поршня передаётся коленчатому валу, вал поворачивается, и тем самым производится полезная работа. Произведя работу и расширяясь, продукты сгорания охлаждаются, давление в цилиндре падает почти до атмосферного. 4-ый такт – выпуск (выхлоп). Открывается выпускной клапан, отработанные продукты сгорания выбрасываются через глушитель в атмосферу.

Из четырёх тактов двигателя только один, третий, - рабочий. Поэтому двигатель снабжают моховиком, инерционным двигателем, запасающим энергию, за счёт которой коленчатый вал вращается в течении остальных тактов. Отметим, что одноцилиндровые двигатели устанавливают главным образом на мотоциклах. На автомобилях, тракторах для более равномерной работы ставят 4, 6, 8 и более цилиндров на общем валу. Двигатели с цилиндрами, установленными в виде звезды вокруг одного вала, получили название звездообразных. Мощность звездообразных двигателей достигает 4 МВт. Используют их главным образом в авиации.

Дизельные – другой тип двигателей внутреннего сгорания. Воспламенение в его цилиндрах происходит при впрыскивании топлива в воздух, предварительно, сжатый поршнем и, следовательно, нагретый до высокой температуры. Этим он отличается от бензинового топлива внутреннего сгорания, в котором используется особое устройство для воспламенения топлива.

Первый дизельный двигатель был собран в 1897 г. немецким инженером Р. Дизелем и получил название от его имени.

Конструктивно дизель мало чем отличается от бензинового двигателя внутреннего сгорания. На рисунке видно, что у него есть цилиндр, поршень клапаны. И принцип действия дизеля тот же. Но есть и отличия: в головке цилиндра находится топливный клапан – форсунка. Назначение её - в определённые фазы вращения коленчатого вала впрыскивать топливо в цилиндр. Клапаны , топливный насос, питающий форсунку, получают движение от распределительного вала, который, в свою очередь, приводится в движение от коленчатого вала двигателя.

Пусть начальным положением будет верхняя мёртвая точка. При движении поршня вниз (1-ый такт) открывается впускной клапан, через который засасывается воздух. Впускной клапан при обратном ходе поршня закрывается и в продолжении всего 2-го такта остаётся закрытым.

В цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха (в бензиновом двигателе внутреннего сгорания на этой фазе сжимается горючая смесь). Степень сжатия в дизелях в 2-2,5 раза больше, вследствие чего температура воздуха в конце сжатия поднимается до температуры, достаточной для воспламенения топлива. В момент подхода поршня в верхнюю мёртвую точку начинается подача топлива из форсунки. Попадая в горячий воздух, мелко распыленное топливо самовозгорается. Сгорание топлива (3-ем такте) происходит не сразу, как в бензиновых двигателях внутреннего сгорания, а постепенно, в продолжении некоторой части хода поршня вниз, объем пространства в цилиндре, где топливо сгорает, увеличивается. Поэтому давление газов во время работы форсунки остаётся постоянным.

Когда поршень возвращается в нижнюю мёртвую точку, открывается впускной клапан, и давление газов сразу падает, после чего заканчивается 4-ый такт, поршень возвращается в верхнюю мёртвую точку. Далее цикл повторяется.

Дизель относится к более экономичным тепловым двигателям (КПД достигает 44%) , он работает на дешевых видах топлива. Сконструированы и собраны двигатели мощностью до 30 000 КВт. Дизели используются главным образом на судах, тепловозах, тракторах, грузовиках (в последнее время стали выпускать легковые машины на дизелях), передвижных электростанциях.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Двигатели. Воздушные двигатели. Гидравлические двигатели.

Цель
Знакомство учащихся с двигателями, с воздушными и гидравлическими двигателями.

Двигателем называют устройство, преобразующее какой-либо вид энергии в механическую работу или в энергию другого вида.

В зависимости от вида используемой энергии механическая энергия может быть получена от:
ротора, вращающегося под действием внешних или внутренних сил;
поршня, совершающего воздушно-поступательные движения;
природного источника или аппарата, подающего на рабочий орган поток газа или жидкости;
струи жидкости или газа как источников энергии.

Двигатели приводят в действие все рабочие машины и технологические установки на производстве. Все виды сухопутного, водного, воздушного и космического транспорта оборудованы соответствующими двигателями. Двигатели установлены во многих современных приборах.

Первые двигатели, которые были созданы людьми, преобразовывали кинетическую энергию ветра и движущейся воды в механическую работу. Большое распространение таких двигателей получили в средние века на ветряных мельницах в виде крыльчатки и водяных мельницах в виде водяного колеса.

С развитием науки на смену ветряному и водяному колесам в конце 18 века пришел паровой двигатель, а в 19 веке – двигатель внутреннего сгорания.
В двигателе внутреннего сгорания химическая энергия, полученная от сгорания топлива, превращается в механическую энергию.

Новый этап промышленной революции начался с изобретения электрического двигателя. Его работа основана на том, что при прохождении электрического тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле. Взаимодействуя с другим полем, проводник начинает двигаться.

С середины прошлого века началась эра реактивных и ракетных двигателей.
Тяга реактивного двигателя обеспечивается за счет того, что им с большей скоростью из сопла выбрасывается струя газа или жидкости. Это создает тягу жидкости. Наибольшее распространение получили воздушно-реактивные двигатели.

Профессии и производство
Изобретением, созданием и производством двигателей разных конструкций занимаются:
Инженеры
Инженеры – конструкторы
Технологи
Дизайнеры
Рабочие и техники различных промышленных предприятий
Сотрудники научно – исследовательских организаций

Воздушные двигатели
Работают под действием давления или набегающего потока какого-либо газа, обычно воздуха.
Бывают ветряные и пневматические.

Самый простой ветряной двигатель – парус.

Принцип конструкции ветряного двигателя: на валу закрепляются лопасти – крылья или колесо с лопатками. Набегающий поток воздуха давит на лопасти крыльчатки или лопатки колеса, заставляя вал вращаться.

Пневматические двигатели
Работают на энергии сжатого газа (воздух или углекислый газ)
Предназначены для совершения механической работы
По конструкции бывают поршневые, пластинчатые, турбинные, пневмоцилиндрические

Гидравлические двигатели
Работают с помощью жидкости
Бывают в виде колеса с лопатками или в виде гидротурбины

Гидравлические двигатели вращательных движений называют гидромоторами.
Конструкции гидромоторов бывают:
Шестерённый
Роторный
Пластинчатый
Радиально-поршневой
Поршневой с наклонным блоком

Домашнее задание
Найти и записать в тетради применение воздушных и гидравлических двигателей.

Вы можете изучить и скачать доклад-презентацию на тему Классификация двигателей. Презентация на заданную тему содержит 12 слайдов. Для просмотра воспользуйтесь проигрывателем, если материал оказался полезным для Вас - поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте наш сайт презентаций в закладки!

Гидравлические двигатели – машины, преобразующие механическую энергию потока жидкости в механическую энергию ведомого звена.

Ветряные двигатели – машины, использующие кинематическую энергию ветра и преобразующие её в механическую энергию вращения вала

194911 194947 194919 194909 194948 194929 194922 194913 194912 194933 194946 194951 194950 194949 194936 194907 194923 194943 194940 194941 194934 194918 194942 194945 194932 194930 194910 194944 194906 194935

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать её на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Мы в социальных сетях

Читайте также: