Методична розробка (9 клас) - демонстрація магнітного поля     біля провідника з струмом

   На початку 19 століття три важливих відкриття змінили погляд на магнетизм: у 1819 році Ганс Християн Ерстед  відкрив, що електричний струм створює навколо себе магнітне поле. у 1820 році Жан –Батіст Біо і Фелікс Савар відкрили закон, названий їх іменем, що дозволяв знайти напруженість магнітного поля в будь-якій точці навколо провідника зі струмом. 

  Для демонстрації досліду Ерстеда необхідно зібрати схему, яка наведена на рис.1.

   Від акумулятора, типу ТР7-12 (12V, 7AH), або блока живлення   на 12 В подається  напруга на схему, в якій через електролампу розжарення на  12 В, 40 Вт, для обмеження струму в колі з досліджуємим провідником. В принципі, напругу можна взяти і меншу-   6 В; 8 В; 10 В, а електролампа розжарення може бути така ж, як у першому випадку. Електролампу EL1 можливо замінити дротяним опором на 3 Ом з потужністю 25 Вт, але електролампа менш дефіцитна, ніж опір на 3 Ом.

    Якщо перемикач знаходиться в I-му положенні, то буде світити світлодіод HL1 червоного кольору і до провідника в точку Б буде прикладено +12 В, а в точці А буде мінусова напруга.

   Якщо перемикач знаходиться в II-му положенні, то буде світити світлодіод HL2 зеленого кольору і до провідника в точку Б буде прикладено -12 В, а в точці А буде плюсова напруга.

  Для індикації наявності магнітного поля використовується компас з магнітною стрілкою. Для проведення досліду необхідно виготовити пристрій, по описаній вище схемі; який показано на фото 1. Пристрій необхідно розташувати так, щоб провідник був в напрямку південь- північ і під провідником поставити компас. Провідник на ділянці А- Б мідний діаметром 3 мм., а від точки Б до перемикача багатожильний, з перерізом S= 4,5 мм², або два провідника з меншим перерізом, ввімкнених паралельно. Електролампа EL1 захищена металевим «ковпаком», щоб світло від лампи не осліплювало очі. В авторському варіанті напругу ±12 В подано від акумулятора типу ТР712 (12V, 7AH), який поміщено в одному корпусі з зарядним пристроєм.

Підключати пристрій з провідником слід на короткий час, щоб менше розряджати акумулятор. 

  Стрілка компаса і провідник повинні бути паралельні  до подачі струму в провідник. Якщо подати струм в провідник, то стрілка компаса відхилиться вліво, або вправо- в залежності від напрямку струму в провіднику. Напрям струму змінюється перемикачем SA1. Як показує експеримент, при малому струмові 1…2 А буде незначне відхилення стрілки компаса, а при струмові  4…5 А стрілка відхилиться на значно більший кут до провідника. Навіть незначне відхилення стрілки вказує на наявність магнітного поля навкруг провідника. Без впливу магнітного поля Землі стрілка компаса відхилялась би на значно більший кут. Якщо перемикати перемикач SA1 часто, то стрілка компаса коливається вліво- вправо, від вихідного положення; тобто середнє положення- вихідне і при підключенні змінного струму частотою 

50 Гц- стрілка компасу відхилятись взагалі не буде.

    Фото 1. Демонстрація відхилення стрілки компаса при проходженні постійного струму, (дослід Ерстеда).

   Магнітне поле навколо провідника від змінного струму також існує, але воно змінне і виявити його можливо за допомогою індуктивного датчика; підключеного до  індикатора змінної напруги. Принципова електрична схема індикатора змінної напруги приведена на рис. 2.     

   Як видно з схеми- застосовано найпростіший двохкаскадний підсилювач, до якого можна підключити високоомні телефони типу ТОН-2М, перероблені; як це показано на схемі. Через випрямний міст на діодах 

VD2 ... VD5 підключений мікроамперметр РА1 на 200 мкА для індикації рівня змінної напруги. Мікроамперметр РА1 захищений від перевантаження зустрічно паралельно включеними діодами VD6, VD7. 

  Як показало випробування, приведеного підсилювача, він має коефіцієнт посилення рівний 3300. Чутливість його досить висока- 1,8 мВ. В авторському варіанті транзистори мають наступні коефіцієнти посилення по постійному струму h_21е: для VT1- h_21е = 96, для VT2- h_21е = 120.

    Якщо транзистори матимуть інші значення h_21е, то потрібно буде підібрати режими роботи транзисторів VT2 і VT1 зміною величини опору резисторів R7 і R2. Перший транзистор (VT1) типу КТ501 малошумящий, з Кш = 4 Дб і завдяки цьому власні шуми підсилювача невеликі.

   Таким чином змінне магнітне поле можливо і «почути» і оцінити його «силу» по відхиленню стрілки мікроамперметра. Прилад можливо живити від батареї «Крона», або від шести елементів типу АА, включених послідовно, напругою ±1,5 В. 

 Індуктивний  датчик на L1 під’єднується екранованим провідником. Для датчика взято феритове кільце діаметром 16 мм і висотою 5 мм з µ= 2000 і навколо нього намотано 150 витків дроту типу ПЕЛШО ø 0,1 мм. В принципі, феритове кільце може мати і інші розміри. Можливо також використати кільце з пермалоєвого заліза, яке має µ= 10000. З таким індуктивним датчиком навіть при невеликих струмах поле відчувається на відстані 10…15 см. При великих струмах в провіднику, порядку 2…3 А, змінне електричне поле фіксується на відстані 50…80 см; навколо провідника з струмом. На пристрій, показаний на фото 1 подається змінна напруга 12 В від понижувального трансформатора- при цьому перемикач SA1 може бути в любому положенні і світлодіоди HL1 і HL2 світять разом. Якщо від понижувального трансформатора в коло ввімкнути потужний діод типу Д242, то отримаємо пульсуючий постійний струм, від якого виникає пульсуюче магнітне поле, яке також фіксує індуктивний датчик. 

   Приведені схеми досить прості, дефіцитних деталей не мають і виготовити їх не важко навіть радіоаматорам- початківцям.

     Методична розробка (9 клас) – Демонстрація електромагнітного       прискорювача феромагнітної кульки

    Як відомо з історії, основи  математичної теорії електромагнетизму заклав німецький вчений Карл Гаус. У 1830-1840 роки Гаус багато уваги приділяє проблемам фізики. Один з його винаходів це гармата Гауса- один з різновидів електромагнітного прискорювача мас. 

  При вивченню електромагнетизму і властивостей феромагнетиків на уроках фізики доцільно зробити демонстрацію прискорювача феромагнітної кульки. Зробити це зовсім не складно з підручних матеріалів на гуртку «юних електротехніків». 

    Випробовувати пристрій необхідно обережно і під наглядом вчителя, щоб залізна кулька не вдарила «дослідника». Пристрій вмикається в електромережу змінного струму 220 В, тому пристрій повинен монтуватись в пластмасовім корпусі і вмикатись в електромережу тільки в закритому вигляді. Перед виготовленням і випрбовуванням пристрою вчитель повинен познайомити гуртківців з правилами техніки безпеки при роботах з електросхемами- ПТБ є на сайті окремим розділом.   

   За своїм принципом роботи електромагнітний прискорювач подібний до пристрою; відомого, як лінійний двигун. Електромагнітний прискорювач складається з соленоїда, всередині якого знаходиться трубка  (як правило, з діелектрика, або магнітомягкого заліза). В нижній кінець трубки вставляється залізна кулька, тобто  феромагнетик. При протіканні електричного струму в соленоїді виникає електромагнітне поле, яке розганяє залізну кульку, «втягуючи» її всередину соленоїда. На кінцях залізної кульки при цьому утворюються полюса, орієнтовані згідно полюсів котушки, через що після проходу центру соленоїда залізна кулька притягується в зворотному напрямку, тобто мала би гальмуватись; але цього не відбувається, тому що на соленоїд подається короткий імпульс і коли кулька проходить середину соленоїда- струму в котушці  вже немає. 

  Для найбільшого ефекту імпульс струму в соленоїді повинен бути короткочасним і потужним. Як правило, для отримання такого імпульсу використовуються оксидні конденсатори великої ємності і з високою робочою напругою. 

   Принципова електрична схема генератора потужного імпульсу для електромагнітного прискорювача феромагнітної кульки приведена  на рис.1.    Кнопка SB1 малої потужності, а кнопка SB2, в розрядному колі повинна витримувати великі струми. При ввімкненому в електромережу пристрої і натиснутій кнопці SB1 (на 5…10 сек) заряджаються конденсатори С1 і С2. Після поміщення залізної кульки в соленоїд L1 натискуємо кнопку SB2 і через соленоїд короткочасно буде протікати потужний струм від розряду конденсаторів і електромагнітне поле соленоїда «викине» залізну кульку діаметром 16,8 мм з масою 20 гр на висоту 60…70 см. Якщо використати залізну кульку діаметром 12,5 мм з масою 10 гр, то така кулька піднімається на висоту 120…140 см. Соленоїд використано високоомний, з R_обм. = 100 Ом, тому використано випрямляч з подвоюванням вихідної напруги. Схема досить проста і виготовити його може навіть юний електротехнік. Перед випробовуванням необхідно ретельно перевірити правильність зібраної схеми і вмикати в електромережу тільки під наглядом вчителя.     

     Зовнішній  вигляд генератора потужного імпульсу для демонстрації електромагнітного прискорювача показано на фото 1. Габаритні розміри генератора потужного імпульсу: 110 × 160 × 35 мм. Соленоїд знаходиться окремо від генератора потужного імпульса  для безпечності при проведенні дослідів. Роз’єм для включення соленоїду відрізняється від звичайної електровилки, щоб унеможливити підключення в електророзетку

електромережі.

            Фото 1. Зовнішній вигляд генератора потужного імпульсу

Як показують експерименти, під соленоїд краще поставити пластмасове кільце товщиною 5…7 мм, щоб залізна кулька була в початковому стані нижче від соленоїда- при цьому кулька піднімається на більшу висоту, але це робити не обов’язково. 

    Користуватись пристроєм досить просто: після підключення до електромережі спочатку натискуємо кнопку SB1 («заряд») на 5…10 секунд, потім поміщаєм залізну кульку в соленоїд і натискуємо кнопку SB2 («пуск»)- залізна кулька піднімається на певну висоту і падає вниз. Одночасно натискувати обидві кнопки не можна. На фото 2 показано, що залізна кулька з масою 20гр піднялась на певну висоту.

Фото 2. Залізна кулька піднялась на певну висоту при подачі потужного імпульсу в соленоїд 

 При необхідності, розрахунки можливо зробити за формулами, приведеними нижче:

Енергія накопичувана в конденсаторі

Кінетична енергія снаряда (феромагнітної кульки)

Час розрядки конденсаторів

Це час, за який конденсатор повністю розряджається. Він дорівнює чверті періоду:

Час роботи котушки індуктивності

Це час за який ЕР_С котушки індуктивності зростає до максимального значення (повний розряд конденсатора) і повністю спадає до 0. Він дорівнює верхньому напівперіоду синусоїди.

Методична розробка (9 клас) - Демонстрація генераторів змінного та постійного струмів

                       Демонстрація генератора змінного струму

    В першому варіанті, описаному на сайті,  генератор- індуктор підключався до електричного дзвінка. В процесі експериментів було виявлено, що генератор- індуктор можливо використати і для живлення світлодіодної лампи з платою на 10-ть світлодіодів, ввімкнених послідовно. Генератор- індуктор взято з телефонного апарата типу ТМ – 400 (БЕЛОГРАДЧИК). В принципі, можливо використати також генератор- індуктор від польового військового телефонного апарата ТА-57. Додатково необхідно зробити драйвер який представляє собою випрямляч змінного струму (мостова схема) з згладжувальним фільтром. Генератор- індуктор виробляє частоту 18-21 Гц і щоб не були помітно мерехтіння світла необхідно застосувати  в фільтрі конденсатор ємністю 200 мкф. Якщо у фільтрі використати конденсатор ємністю 2200 мкф, то світлодіоди будуть світити протягом 30…40 сек навіть після того, як перестали обертати якір генератора. Спочатку світлодіоди горять яскраво і поступово зменшується яскравість. З таким конденсатором світлодіоди починають світитись через 4…5 сек. після початку обертання якоря, при цьому напруга на  конденсаторі С4 буде поступово збільшуватись і досягне значення 30 В.  Схема драйвера приведена на Рис. 1. Конденсатори С1, С2, С3- грають роль баластного реактивного опору і обмежують струм через світлодіоди до 30 мА. З виготовленим пристроєм можливо провести лабораторну роботу по вимірюванні постійної напруги, яка подається на ланцюг з 10-ти світлодіодів. Подібний драйвер можливо використати при живленні світлодіодної лампи від електромережі 220 В, але сумарна ємність баластних конденсаторів має бути меншою, всього 0,33 мкФ, і з робочою напругою 400 В.

Зовнішній вигляд пристрою для демонстрації генератора змінного струму показано на фото 1

Фото 1

   Вигляд пристрою після закінчення демонстрації- світіння світлодіодів за рахунок енергії накопленої конденсатором С4-   показано на фото 2.

Фото 2

                               Демонстрація генератора постійного струму 

   Принцип роботи генератора зводиться до того, що прилад перетворює механічну енергію в електричну: в основі роботи цього технічного приладу лежить принцип електромагнітної індукції. Як джерело механічної енергії може бути використано будь-яке зусилля фізичного типу: обертання ручки агрегату в ручну; від крильчатки що обертається від вітру, води і т. д..  Електродвигун з магнітами в статорі може бути перетворений в генератор. Адже обидва пристрої використовують ЕРС індукції, як основу своєї роботи. Так в двигуні на ротор подають електричний струм, який, створюючи магнітний потік, відштовхується від полюсів магніту статора, здійснюючи обертальний рух.

Якщо ж вал двигуна обертати з певною швидкістю, в обмотках якоря почне наводитися ЕРС індукції і потече струм. Для демонстраційного генератора було взято електродвигун типу MXN-13FB11C (виробник не відомий)), але можливо використати і інші електродвигуни, наприклад: електродвигун типу RF- 130CH- 07570 (MADE IN CHINA).

Щоб надати достатні оберти генератору використано блок з шестернями з передачею  1 : 60, таким чином вдалось отримати від генератора ±9 В при навантаженні ланцюгом: світлодіод і резистор з опором 430 Ом. Як показано на схемі Рис. 1 використано два світлодіоди, що дозволило демонструвати зміну вихідної полярності в залежності від напрямку обертання якоря генератора. В схему ввімкнені стабілітрони VD1, VD2 для захисту світлодіодів від зворотної напруги. Якщо якір обертати за часовою стрілкою, то буде світити світлодіод HL2- червоного кольору, а якщо обертати якір проти часової стрілки, то буде світити світлодіод HL1- зеленого кольору. За допомогою запропонованого пристрою можливо провести лабораторну роботу по вимірювання постійної напруги на виході генератора, підключивши вольтметр до гнізд Гн 1, Гн 2.       

   Загальний вигляд генератора постійного струму з підключеними світлодіодами показано на Фото 1. На Фото 2 показано пристрій при демонстрації роботи генератора при обертанні за часовою стрілкою- світить червоний світлодіод.

             Фото 1                                                                    Фото 2

Методична розробка  (9 клас) Демонстрація роботи електродвигунів постійного і змінного струмів

Демонстрація роботи електродвигуна постійного струму

    Електродвигуни постійного струму широко використовуються в сучасній техніці. Широке застосування двигуни постійного струму знайшли в транспорті. Вони встановлюються в трамваях, електричках, електровозах, паровозах, теплоходах, самоскидах, кранах, електросамокатах, електровелосипедах, крісло-скутер з електроприводом, 

електромобілях  і т.д. Крім того, їх використовують в інструментах, комп'ютерах, іграшках і рухомих механізмах. Часто їх можна зустріти і на виробничих верстатах, де потрібне регулювання частоти обертання робочого вала в широкому діапазоні. Електродвигуни постійного струму оточують нас кожен день. Ними оснащуються також електроінструменти, побутові прилади, що працюють від батарейок або акумуляторів. Електродвигуни - це машини, здатні перетворювати електричну енергію в механічну. В даній статті мова піде про двигуни постійного струму, які скорочено називаються ДПС.

   Першопрохідцем в історії створення електричних двигунів став М. Фарадей. Створити повноцінну робочу модель він не зміг, зате саме йому належить відкриття, яке зробило це можливим. У 1821 році він провів дослід з використанням дроту, по якому проходив струм, поміщеного в ртуть у ванну з магнітом. При взаємодії з магнітним полем металевий провідник починав обертатися, перетворюючи енергію електричного струму в механічну.    Британський фізик, Вільям Стёрджен, публічно продемонстрував електродвигун на постійному струмі в Марті 1833 в Аделаїдського галереї практичної науки в Лондоні. Винахід вважається першим електродвигуном, який можна було використовувати

   У 1834 році був створений перший електричний двигун постійного струму, який розробив і створив російський учений Б. С. Якобі. Саме він запропонував замінити зворотнопоступальний рух вісі його обертанням. У його моделі два електромагніти взаємодіяли між собою, обертаючи вал. У 1839 році він же успішно випробував човен, оснащений ДПС. Як і інші види електродвигунів, ДПС відрізняється надійністю і екологічністю. На відміну від двигунів змінного струму у нього можна регулювати швидкість обертання валу в широкому діапазоні, частоту, до того ж він відрізняється легким запуском. Двигун постійного струму можна використовувати як двигун і як генератор. Також у нього можна міняти напрям обертання валу шляхом зміни напрямку струму в якорі (для всіх типів) або в обмотці збудження (для двигунів з послідовним збудженням). Регулювання швидкості обертання досягається шляхом підключення в ланцюг змінного опору. При послідовному збудженні воно знаходиться в ланцюзі якоря і дає можливість скорочувати обороти в співвідношеннях 2: 1 і 3: 1. 

   Для двигунів з паралельним збудженням також використовуються реостати в ланцюзі якоря для зниження оборотів в межах 50%. В сучасних моделях двигунів використовуються електронні схеми, що дозволяють управляти швидкістю без значних втрат енергії. ККД двигуна постійного струму залежить від його потужності. Малопотужні моделі відрізняються низькою ефективністю з ККД близько 40%, тоді як двигуни з потужністю 1000 кВт можуть мати ККД, що досягає 96%.

    Двигун складається з нерухомої частини - статора або індуктора, рухомої частини - якоря і щіткоколекторного вузла. Індуктор може бути виконаним у вигляді постійного магніту, якщо двигун малопотужний, але частіше він забезпечується обмоткою збудження, що має два або більше полюсів. Якір складається з набору провідників (обмоток), закріплених в пазах. У простій моделі ДПТ використовувалися тільки один магніт і рамка, по якій проходив струм. Таку конструкцію можна розглядати тільки в якості спрощеного прикладу, тоді як сучасна конструкція - це вдосконалений варіант, який має більш складний пристрій і розвиває необхідну потужність.

    Принцип роботи двигуна постійного струму заснований на законі Ампера: якщо в магнітне поле помістити заряджену дротяну рамку, вона почне обертатися. Струм, проходячи по ній, утворює навколо себе власне магнітне поле, яке при контакті з зовнішнім магнітним полем почне обертати рамку. У випадку з однією рамкою обертання триватиме, поки вона не займе нейтральне положення паралельно до зовнішнього магнітного поля. Щоб привести систему в рух, потрібно додати ще одну рамку. В сучасних ДПС рамки замінені якорем з набором провідників. На провідники подається струм, в результаті чого навколо якоря виникає магнітне поле, яке починає взаємодіяти з магнітним полем обмотки збудження. В результаті цієї взаємодії якір повертається на певний кут. Далі струм надходить на наступні обмотки і т.д.

   Для поперемінної подачі струму в провідники якоря використовуються спеціальні щітки, виконані з графіту або сплаву міді з графітом. Вони грають роль контактів, які замикають електричний ланцюг на виводи пари провідників. Всі виводи ізольовані між собою і об'єднані в колекторний вузол - кільце з декількох ламелей, що знаходиться на осі вала якоря. Під час роботи двигуна щітки-контакти по черзі замикають ламелі, що дає можливість двигуну обертатися рівномірно. Чим більше обмоток має якір, тим більш рівномірно буде працювати ДПС.

   Для демонстрації роботи електродвигуна постійного струму використано електродвигун від дитячої пральної машини, конструкція якого має постійні магніти і якір з колектором. На фото 1. показано цей електродвигун не підключений до джерела живлення. 

                                                                    Фото 1

 На фото 2. показано електродвигун    в роботі при подачі на нього напруги ± 6 В від 4-х елементів типу АА. При зміні полярності подачі напруги двигун буде обертатися в протилежну сторону – це також можна продемонструвати. 

Фото 2

      На фото 1 показано також кулер, який також живиться постійним струмом, але в кулері двигун змінного струму і про нього буде описано в іншій статті.

 Демонстрація роботи електродвигуна змінного струму

    Електродвигуни змінного струму широко використовуються в сучасній, 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 ДолівоДобровольський 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 90⁰ за допомогою ємностей, тобто конденсаторів. Як приклад, електродвигун в програвачу грамофонних платівок, та інші.

  Для демонстрації взято двофазні асинхронні електродвигуни змінного струму. Так, електродвигун в кулері від коп’ютера це є двофазний електродвигун змінного струму. Фактично на нього потрібно подати постійну напругу, а вмонтований генератор виробляє змінний струм з різними фазами, який і подано на обмотки ротора. Котушки створюють магнітне поле, яке змушує ротор обертатися всередині магнітного поля, що створюється магнітом. Зазвичай на кулер подають ±12 В, але і від напруги ±6 В кулер також працює. На фото 1. показано кулер не підключений до джерела живлення, а на фото 2. – кулер в роботі.

                                      Фото 1.                                                               Фото 2.

    Слід мати на увазі, що при неправильній подачі полярності на кулер він не буде працювати. Справа в тому, що в кулері вбудована схема потребує правильної подачі полярності напруги. Частіше на червоний (оранжевий) провід подається «+», а на синій (зелений) «-».

   Асинхронним двофазним двигуном є також двигун типу ДИД-0,5. Ці двигуни використовуються в авіації, в космонавтиці, в приладах автоматики і мають дуже високу надійність. Вони мають три обмотки в статорі. На одну з обмоток подається змінна напруга постійно, а на інші обмотки при необхідності запуску двигуна в одну чи іншу сторону. На такий електродвигун необхідно подавати змінну напругу з частотою 400 Гц, а для демонстрації роботи електродвигуна, як показав експеримент, можна подати змінну напругу 6 В з частотою 50 Гц. Для отримання другої фази використано конденсатор з ємністю 16 мкФ. При натискуванні однієї кнопки – вісь двигуна обертається по часовій стрілці, а при натискуванні другої кнопки – проти часової стрілки. Друга фаза подається на допоміжні обмотки. На фото 3. показано електродвигун ДИД-0,5 підготовлений для демонстрації – потрібно тільки натиснути потрібну кнопку. Не складно виготовити і генератор на 400 Гц і включити двигун в штатному режимі; детально це описано в (1).

Фото 3.

Література: 

1. Д. С. Бабын, «400-герцовый генератор для питания электродвигателей ДИД-0,5», журнал «Радиомир» №12, 2013 г., стр. 21, 22.

           Методична розробка (9 клас) - Демонстрація роботи            герконового реле на діючій  моделі

    Герконові реле мають значні переваги, порівняно з реле з електромеханічними контактами. Розглянемо, що представляє собою герметизований конакт, скорочено- геркон- це герметична скляна колба в якій знаходяться дві, або декілька металевих контактних пластин. Ці пластини розташовані паралельно одна до одної- на малій відстані. Геркони виготовляються з нормально розімкнутими контактами і з перекидним контактом також. У ньому один з контактів виходить з одного боку колби та два других з іншого. Гнучким є тільки центральний контакт, який в присутності магнітного поля замикає один контакт або другий контакт при відсутності магнітного поля. Під дією постійного керуючого магнітного поля гнучкі феромагнітні контакти взаємно притягаються і замикаються. Коли  магнітне поле відсутнє, контакти повертаються в початкове положення.    Щоб отримати мінімальний перехідний опір, контакти покривають паладієм, золотом, радієм або сріблом. Герконові реле мають високу надійність в роботі. Зовнішній вигляд геконових реле показано на фото 1., там же показано діючу модель герконового реле.

             Фото 1. На  електромагніт саморобного герконового реле 

                           напруга не поступає 

  Для демонстрації дії герконового реле зібрана схема, приведена на рис. 1.

   При підключенні джерела живлення на ±12 В буде світити світлодіод HL1 зеленого кольору, а при подачі напруги на електромагніт реле за допомогою перемикача SA1- герконові контакти перемкнуться і засвітиться світлодіод HL2 червоного кольору, що показано на фото 2.

           Фото 2. На  електромагніт саморобного герконового реле                           напруга  поступає, контакти геркона перемкнулись      В якості електромагніту для саморобного герконового реле взято котушку с осердям з магніто-мякого заліза від електромеханічного реле на 12 В з опором котушки 165 Ом, де намотано 3700 витків дроту  ПЭВ-2 ø 0,13 мм. В принципі, електромагніт може мати і інші дані- бажано, щоб це був електромагніт від 12- ти вольтового реле. Над осердям електромагніту укріплено геркон- підібрано таке положення, відносно електромагніту, щоб геркон перемикався при подачі струму в електромагніт. В принципі, можливо взяти електромагніт від 6-ти вольтового реле, тоді опір резистора R1 слід зменьшити до 600 Ом і подавати на схему тільки ±6 В.

  Конструкція герконових реле заводського виготовлення інша, ніж саморобного реле; як це видно на фото 1, фото 2. На фото 2. перемикач SA1 включений і контакти геркона перемкнулись- засвітився світлодіод HL2, червоного кольору- це і є демонстрація перемикання контактів геркона під дією керуючого магнітного поля. 

  На фото 1, фото 2 показано саморобне герконове реле (справа в кутку), а також герконові реле заводського виготовлення- в розібраному вигляді, тобто окремо котушка (електромагніт) і колби з герконами, з нормально розімкнутими контактами і з контактами на перемикання. Такі геркони можуть комутувати струм до 0,1 А. На фото показано також геркон на перемикання з більшим струмом- до 1 А; у нього товстіша колба і розміри значно більші. Показано також різні типи  герконових реле: РЭС55А, 

HU-110-110 (фірми TESLA), HU-110-113 (фірми TESLA). При бажанні, разом з подачею напруги на саморобне реле, можливо задіяти одне, або декілька реле заводського виготовлення; підключивши до них додаткові світлодіоди. Від 6-ти вольт працюють реле типу РЭС55А з паспортом РС4.569.600-02, РС4.569.600-11 з опором обмотки котушки 80…110 Ом; згідно (1). Від 12-ти вольт працюють реле типу РЭС55А з паспортами: РС4.569.600-01, РС4.569.600-06, РС4.569.600-14 з опором обмотки котушки 321…433 Ом; згідно (1). Вибрати необхідне реле можна, скориставшись довідником (1).   Реле типу HU-110-110 (фірми TESLA) (R_обм.= 950 Ом), HU-110-113 (фірми TESLA) (R_обм.= 1500 Ом) спрацьовують від 9 В, а  12 В також можна подати на них.

   Стенд зробити зовсім не складно, навіть в гуртку юних електротехніків.

Література:

1. Томас Р. К. Коммутационные устройства, М., изд. «Радио и связь», 1989 г.

           Автор розробок: Бабин Дмитро Святославович