Тема 3. Призначення і принцип дії електричних машин постійного струму.

Зміст теми (Орієнтовні теми рефератів презентацій і доповідей).

Принцип дії та будова машини постійного струму на прикладі моделі генератора постійного струму. 

Склад магнітної системи. Принцип випрямлення змінної електрорушійної сили, її регулювання. 

Основні частини машини постійного струму. Типи обмоток машини постійного струму. Електрорушійна сила якоря, електромагнітний момент і потужність машини. Втрати потужності та коефіцієнт корисної дії. 

Лабораторно-практична робота: «Вивчення принципу дії генератора постійного струму».  Учень повинен знати: - будову, принцип дії генератора постійного струму;

-          типи обмоток машини постійного струму; 

-          потужність та коефіцієнт корисної дії.

   Учень повинен вміти:

-          розрізняти електричні машини постійного струму.

Тема уроку. Принцип дії та будова машини постійного струму (на прикладі моделі генератора).

Мета. 

ü  Формувати знання про принцип дії та будову машини постійного струму на прикладі моделі генератора постійного струму;

ü  Розвивати вміння аналізувати, логічне мислення, вміння працювати з додатковою інформацією;

ü  Виховувати інтерес до предмету, культуру оформлення конспекту, наполегливість у досягненні мети.

Тип уроку.  Урок комбінований.

Вид уроку.  Лекція з елементами бесіди.

Демонстрації	Презентація та анімація «Принцип дії та будова машини постійного струму на прикладі моделі генератора постійного струму», фрагменти відео
Обладнання та наочність	Картки з опорним конспектом, модель генератора постійного струму, план-конспект, (ТЗН), Віртуальна лабораторія multisim.
Міжпредметні зв’язки	Фізика, електротехніка МГК 3р №12
План-схема уроку
Етапи уроку	Методи й форми роботи
Організаційний момент:	-привітання;   -перевірка присутності учнів; -повідомлення основних завдань уроку.
Перевірка ДЗ              Актуалізація опорних знань	-   Усне опитування та доповіді учнів з Теми 2: «Електричні станції та електропостачання». Виробництво, розподіл та споживання електроенергії. Електричні станції, мережі та електропостачання в залежності від виду технологічного процесу перетворення електроенергії. Розподіл електричної енергії. Енергетична система. Відновлювальні джерела для виробництва електроенергії. Категорії споживачів, споживання. Комплектне розподільне устаткування.  -   Усне опитування учнів про принцип дії та будову генератора постійного струму (Метод «Прес»), (див. додаток до конспекту №12 МГК 3р «Генератори постійного та змінного струму»)
Мотивація навчальної діяльності	Метод «Прес», Мозковий штурм (створення проблемної ситуації). Вказати професійну значимість навчального матеріалу. (Див. додаток з опорними питаннями)
Формування нових знань  (Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу)	Пояснення з елементами евристичної бесіди, перегляд демонстрацій, робота з картками. Вивчення нового матеріалу.  (Див додаток з теорією)
Закріплення вивченого матеріалу	Бліц – опитування та обговорення вивченого. Мозковий штурм, перевірка засвоєного матеріалу.  Методи «Ланцюжок» та «Ключові слова».  Орієнтовні питання в додатку.
Підбиття підсумків уроку	Аналіз роботи учнів та оцінювання.
Домашнє завдання	Вивчити теорію за конспектом та підготувати доповідь або презентацію на тему  «Генератора постійного струму»
Використана література	А.М. Гуржій. Електротехніка з основами промислової електроніки. -  К.: Форум, 2002.
	Персональний сайт: formula.kr.ua (розділ електротехніка).

v Додаток Т3К4.1.(ДЗ)   q Поясніть практичне застосування генератора.

q  Перечисліть основні вузли генераторів змінного та постійного струмів та їх призначення.

q  Як індукується змінний струм і перетворюється у постійний у генераторі?

v Додаток Т3К4.2. 

q  Для чого обмотки котушок фаз статора з'єднуються послідовно, а не паралельно?

q  Від яких показників у найбільшій мірі залежить напруга, що виробляється автомобільним генератором?

q  Що таке ротор, статор, якор?

 Розкажіть за схемою: 

q  будову машин постійного струму;

q  про якір машини постійного струму;

q  будову коллектора;

q  про щітковий механізм машини постійного струму.

v Додаток Т3 К4. 3. Принцип дії та будова машини постійного струму на прикладі моделі генератора постійного струму. (див. додаток до конспекту №12 МГК 3р)

Одна й та сама машина постійного струму в принципі може працювати і як генератор, і як двигун.

Основними частинами генератора постійного струму є: нерухома магнітна система, що створює основне магнітне поле машини; якір, що приводиться до обертання, і в обмотці якого індукується електрорушійна сила; колектор, за допомогою якого отримують постійну напругу на клемах генератора. Конструктивні елементи показані на наведеному рисунку.

Колектор – це пристрій, який конструктивно об’єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти.  

Колектор призначений  для випрямлення  змінного струму якоря  для  зовнішнього  кола  у генераторів;  у  двигунів  - для зміни напрямку  струму  в  провідниках  обмотки  якоря  при його обертанні.

Статор        машини           постійного      струму складається зі станини і осердя. Станину виготовляють з маловуглецевої литої сталі, яка має значну магнітну проникність. Тому станина     є також   і           магнітопроводом. Одночасно це основна деталь, що об’єднує інші деталі й складальні одиниці машини в єдине ціле. Так, до станини із середини прикріплюють    болтами           полюси, котрі складаються       з           осердя,            полюсного

наконечника і котушки. Розрізняють основні й додаткові полюси. Ротор (якір) (див. рисунок) складається з

Якір машини постійного струму: 1 – осердя якоря; 2 – вал машини; 3 – пази для витків обмотки якоря; 4 – колектор; 5 – мідні пластини колектора.

осердя й обмотки. 

У  генераторі  постійного  струму  відбувається  перетворення механічної енергії, що підводиться від первинного двигуна, на електричну, яка знімається з обмотки якоря за допомогою колектора й щіток. До щіток генератора приєднуються споживачі електричної енергії.

 

1 – колектор;            2 – обмотка          збудження;          3 – станина;         4 –  головні полюси; 5 – магнітопровід; 6 – робоча обмотка якоря;         7 – додаткові       полюси;                8 – обмотка          додаткових полюсів.

 

 

 

 

 

v№12 МГК 3р.  Додаток Т3 К4. 4. Генератори постійного струму

Ø Генератор постійного струму — електрична машина постійного струму (генератор), що перетворює механічну енергію на електричну. Дія генератора постійного струму ґрунтується на явищі електромагнітної індукції: збудженні змінної електрорушійної сили в обмотці ротора (якоря), при його обертанні в основному магнітному полі, створюваному обмоткою збудження на полюсах. Обмотка ротора з'єднана з колектором (механічним перетворювачем змінної ЕРС на постійну напругу), по пластинах якого ковзають контактні щітки, підключаючи обмотку до зовнішнього електричного кола. Розрізняють генератори постійного струму з незалежним збудженням (від стороннього джерела струму) і з залежним збудженням (самозбудженням), зумовленим залишковим магнетизмом у станині й полюсах. Потужність генераторів постійного струму — від кількох ват до десятків тисяч кіловат, напруга — від одиниць до сотень і тисяч вольт. ККД їх при повному навантаженні — від 0,7 (малопотужні генератори) до 0,96 — генератори великої потужності. Генератори постійного струму застосовують для живлення постійного струму електродвигунів, у зварювальних пристроях, електричних установках літаків, тепловозів, автомобілів, у пристроях автоматики (мікрогенератори постійного струму), для електролізу тощо.

Одна й та сама машина постійного струму в принципі може працювати і як генератор, і як двигун. (Ця властивість машини постійного струму, що називається оборотністю, дає змогу не розглядати окремо будову генератора чи двигуна.)

Ø Будова машини постійного струму:

 1 — задній підшипниковий щит; 2 — затискачі; 3 — станина; 4 — головний полюс; 5 — обмотка головного полюса; 6 — вентилятор; 7 — обмотка якоря; 8 — осердя якоря; 9 — колектор; 10 — вал; 11 — траверса із щитковим механізмом; 12 — передній підшипниковий щит

Ø Якір машини постійного струму:

 а — якір без обмотки; б — сталевий лист осердя якоря; 1 — натискні шайби; 2 — зубець; З — паз; 4 — вентиляційний отвір

 Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у машинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи машини; обмотку додаткових полюсів з'єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря). 

Ротор (якір) машини постійного струму складається з осердя й обмотки.

Ø Осердя якоря набирають з тонких листів електротехнічної сталі, ізольованих один від одного лаковим покриттям, що зменшує втрати на вихрові струми. У пази осердя вкладають обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зовнішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної міканітовими прокладками. Кожну пластину колектора з'єднують з одним або кількома витками обмотки якоря. Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор — це пристрій, який конструктивно об'єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем

частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмознімні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.

Ø Будова колектора: 1 — корпус; 2 — болт; З — натискне кільце; 4 — міканітова прокладка; 5 — «півник»; 6 — «ластівчин хвіст»; 7 — колекторна пластина.

Ø Щітковий механізм машини постійного струму:

 а — траверса; б — щіткотримач; 1 — щітковий палець; 2 — ізоляція кільця від траверси; З — стопорний болт; 4 — мідний провід; 5 — натискні пластини; 6 — місце розміщення пружини; 7 — обойма; 8 — щітка

 Під час роботи машини щітки ковзають по колектору. Щіткотримачі кріплять до траверси.

 

 

 

Контрольні запитання з теми

1.   Назвіть основні частини машини постійного струму, поясніть її конструкцію.

2.   Поясніть принцип дії генератора постійного струму і призначення колектора у генератора та у двигуна.

3.   Як можна змінити ЕРС генератора?

4.   Поясніть принцип дії двигуна постійного струму.

5.   Запишіть рівняння противо-ЕРС і струму якоря двигуна.

6.   Виведіть рівняння обертового моменту двигуна. Як змінити напрямок обертання якоря двигуна?

7.   Виведіть рівняння швидкості двигуна і поясніть можливості її регулювання.

8.   Поясніть призначення пускового реостата й вибір величини його опору.

9.   Особливості схеми двигуна з паралельним збудженням.

10.                        Поясніть регулювання швидкості двигуна зміною струму збудження. Чому розрив кола збудження небезпечний для двигуна?

11.                        Поясніть регулювання швидкості двигуна з паралельним збудженням зміною напруги на якорі.

12.                        Як змінюється швидкість двигуна з послідовним збудженням при зміні навантаження на його валу?

Чому робота з малим навантаженням для двигуна є неприпустимою?

13.                        Поясніть, як регулюють швидкість двигуна з послідовним збудженням.

14.                        Як змінюються обертовий момент і швидкість двигуна із змішаним збудженням із зростанням навантаження?

15.                        Які з втрат у машині постійного струму залежать від навантаження? Які втрати є постійними?