Teoria prądu stałego

Fizyka - Prąd stały (teoria) (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Teoria prądu stałego

Obwody elektryczne prądu stałego


Pytanie 1

Jeżeli końce pętli drucianej są przymocowane do dwóch półokrągłych metalowych pasków, rozmieszczonych w taki sposób, że dwa paski prawie tworzą pełny okrąg, a te paski stykają się z dwoma "szczotkami", które łączą się z przeciwległymi biegunami baterii, w ten sposób czy pętla druciana obróci się "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00384x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zgodnie z ruchem wskazówek zegara, ciągle.

Uwagi:

Rzuć wyzwanie swoim uczniom na to pytanie: czy istnieje sposób, w jaki możemy uzyskać ciągłe obracanie się pętli z drutu bez użycia tych półokręgowych metalowych pasków, aby spowodować zerwanie kontaktu z baterią? Zapytaj swoich uczniów, jak nazywa się dwa półokrągłe metalowe paski, w terminologii silnik elektryczny / generator.

pytanie 2

Kiedy przełącznik się zamknie, amperomierz zarejestruje początkowo dużą ilość prądu, a następnie prąd z czasem spadnie do znacznie mniejszej wartości, gdy silnik przyspieszy:

W świetle Prawa Ohma, gdzie prąd ma być bezpośrednią funkcją napięcia i oporu (I = E / R ), wyjaśnij, dlaczego tak się dzieje. Przecież opór uzwojenia silnika nie zmienia się, gdy się obraca, a napięcie akumulatora jest dość stałe. Dlaczego zatem prąd zmienia się tak bardzo między początkowym uruchomieniem a pełną prędkością roboczą "# 2"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Prąd silnika jest odwrotnie proporcjonalny do prędkości, z powodu przeciw-EMF wytwarzanego przez twornik podczas jego obrotu.

Pytanie uzupełniające: narysuj schemat przedstawiający równoważny obwód baterii, przełącznika, amperomierza i silnika, przy czym przeciwelektromotoryczny silnik reprezentowany jest jako inny symbol baterii. Którą drogą musi przeciwdziałać napięcie przeciwelektroniczne, przeciwne do napięcia akumulatora lub wspomagać napięcie akumulatora?

Uwagi:

Tak zwany prąd rozruchowy silnika elektrycznego podczas rozruchu może być dość znaczny, ponad dziesięciokrotny normalny prąd pełnego obciążenia!

pytanie 3

Silnik elektryczny DC obracający się z prędkością 4500 obr./min pobiera 3 ampery prądu o napięciu 110 woltów mierzonych na jego zaciskach. Rezystancja uzwojenia twornika, mierzona za pomocą omomierza, gdy silnik jest w spoczynku, bez zasilania, wynosi 2, 45 oma. Ile przeciw-EMF generuje silnik przy 4500 obr / min?

Ile będzie początkowego "prądu rozruchowego", gdy silnik jest początkowo zasilany (prędkość twornika = 0 obr./min), ponownie przyjmując 110 woltów na zaciskach?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Licznik E = 102, 65 V przy 4500 obr./min

Atak = 44, 9 A

Uwagi:

Obliczenia te pomagają uczniom uświadomić sobie, jak istotny jest "prąd rozruchowy" silnika elektrycznego.

Pytanie 4

Jeśli przez ten drut przepuszczany jest prąd elektryczny, w którym kierunku zostanie popchnięty drut (przez oddziaływanie pól magnetycznych)?

Czy jest to przykład silnika elektrycznego lub generatora elektrycznego "# 4"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Drut zostanie przesunięty w górę w tym przykładzie silnika .

Uwagi:

Wizualną pomocą w zrozumieniu oddziaływania dwóch pól magnetycznych jest diagram przedstawiający linie strumienia wydobywające się z magnesów stałych, w stosunku do okrągłych linii strumienia wokół drutu. Poproś uczniów, którzy natknęli się na podobne ilustracje w swoich badaniach, aby narysowali to zdjęcie na tablicy przed klasą, dla tych, którzy jej nie widzieli.

Pytanie 5

Gdybyśmy przeanalizowali linie strumienia magnetycznego przewodnika przenoszącego prąd, zorientowanego prostopadle do pola magnetycznego między dwoma magnesami prętowymi, interakcja wyglądałaby tak:

To wzajemne oddziaływanie linii strumienia magnetycznego (proste linie magnesów prętowych w stosunku do okręgów drutu) wytworzy siłę mechaniczną na drucie (zwaną siłą Lorentza ). W którym kierunku ta siła zadziała "# 5"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

To pytanie służy jako dobre zastosowanie zasady prawej ręki (lub reguły lewej ręki, jeśli podążasz za elektronową notacją przepływu).

Pytanie 6

Jeśli prąd przepływa przez pętlę z drutu, jak pokazano, w którym kierunku obróci się pętla "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00383x01.png">

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zgodnie z ruchem wskazówek, jedna czwarta obrotu (90 stopni).

Uwagi:

Poproś uczniów, aby zidentyfikowali bieguny pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez tę przewodzącą prąd pętlę z drutu, a następnie jego kierunek momentu obrotowego może być łatwiejszy do zrozumienia.

Pytanie 7

Silnik prądu stałego można uważać za serię elektromagnesów, rozmieszczonych promieniście wokół wspólnego wału:

Ten konkretny silnik jest typu "stałego magnesu", z uzwojeniami drutu tylko na zworniku.

Zapisz wymagane biegunowości magnetyczne ("N" dla północy i "S" dla południa) na końcówkach biegunów elektromagnesu twornika, aby utrzymać zgodny z ruchem wskazówek zegara obrót.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: załóżmy, że silnik nie obracał się tak, jak powinien, gdy był pod napięciem. Zidentyfikuj niektóre możliwe (specyficzne) awarie, które mogą spowodować, że silnik nie będzie się poruszał po pobudzeniu.

Uwagi:

Ilustracja pokazana zarówno w pytaniu, jak i odpowiedzi stanowi dobry środek do dyskusji na temat komutacji. Przedyskutuj ze swoimi uczniami, że aby obrót silnika był ciągły, elektromagnesy rozłożone promieniowo wokół wału muszą zasilać i wyłączać zasilanie w odpowiednich momentach, aby zawsze "ciągnąć" i "pchać" we właściwym kierunku.

Koniecznie poświęć czas na dalsze pytania ze swoimi uczniami, biorąc pod uwagę możliwości niezwiązane z elektrycznością, a także z elektrycznymi uszkodzeniami.

Pytanie 8

Zdefiniuj następujące warunki silnika DC:

• Pole
• Armatura
• Komutator
• Pędzel
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

• Pole: część silnika tworząca stacjonarne pole magnetyczne
• Armatura: obrotowa część silnika
• Komutator: paski miedziane, w których zakończone są przewody cewki twornika, zwykle umieszczone na jednym końcu wału
• Pędzel: nieruchomy blok węglowy zaprojektowany do elektrycznie kontaktu z ruchomymi prętami komutatora

Uwagi:

Studenci mogą znaleźć zdjęcia silników elektrycznych DC w ich poszukiwaniu definicji tych pojęć. Niech oni pokażą te zdjęcia klasie, jeśli to możliwe. Również zdemontowany silnik elektryczny jest świetnym "podpórką" do dyskusji na temat nomenklatury silników elektrycznych.

Pytanie 9

Gdy silnik prądu stałego jest uruchomiony, generalnie mogą pojawić się iskry, gdy szczotki węglowe stykają się z segmentami "komutatora". Wyjaśnij, dlaczego to iskrzenie występuje, a także zdefiniuj słowo "komutacja" w jego użyciu elektrycznym.

Co to zjawisko wskazuje na długowieczność silników prądu stałego i ich przydatność w niektórych środowiskach "# 9"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Komutacja" oznacza "odwrócić kierunek" w sensie elektrycznym słowa. Wynik prętów komutatora i szczotek naprzemiennie powodujących i zrywających obwód elektryczny z uzwojeniem twornika niezmiennie powoduje pewien stopień iskrzenia.

Pytanie uzupełniające: określ środowisko, w którym silnik iskrowy byłby niebezpieczny.

Uwagi:

Jeśli Twoi uczniowie pracują przy elektrycznym zadaniu konserwacyjnym, jakie rodzaje rutynowej konserwacji uważają, że mogą mieć do czynienia z silnikami elektrycznymi prądu stałego, biorąc pod uwagę obecność iskrzenia w komutatorze? Zapytaj ich, jakie problemy bezpieczeństwa mogą wywołać iskrzenie w niektórych środowiskach. Zapytaj ich, czy uważają, że są jakieś środowiska, które byłyby szczególnie szkodliwe dla takiego projektu silnika.

Pytanie 10

Gdy zwój twornika w silniku prądu stałego obraca się przez linie strumienia magnetycznego wytwarzane przez stacjonarne bieguny polowe, napięcie będzie indukowane w tych cewkach. Opisz, jak to zjawisko związane jest z Prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, szczególnie w odniesieniu do tego, jakie zmienne wpływają na wielkość indukowanego napięcia:

e = N


dt

Indukowane przez siebie napięcie wytwarzane przez obracający się zwora jest często nazywane przeciw-napięciem lub przeciw-EMF . Dlaczego miałoby się to nazywać "kontratakiem"? Co wynika z tej terminologii i jaka zasada elektromagnetyczna jest zilustrowana przez "przeciwstawny" charakter tego indukowanego napięcia?

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przeciw-EMF zmienia się bezpośrednio z prędkością zwory, z liczbą zwojów w uzwojeniu twornika, a także z siłą pola. Nazywa się "counter-" EMF z powodu prawa Lenza: efekt indukowany przeciwstawia się przyczynie.

Uwagi:

Zasada, z którą chcę się komunikować najbardziej z tym problemem, polega na tym, że każdy silnik, działając, działa również jako generator (wytwarzający przeciw-EMF). Ta koncepcja jest niezbędna do zrozumienia zachowania silnika elektrycznego, w szczególności krzywych momentu / prędkości.

Pytanie 11

Wielkość napięcia przyłożonego do silnika prądu stałego z magnesami stałymi i ilość prądu płynącego przez uzwojenia twornika silnika prądu stałego z magnesami stałymi są związane z dwoma wielkościami mechanicznymi: maksymalną prędkością i momentem obrotowym (siła skręcająca).

O jakiej ilości elektrycznej chodzi, której wielkości mechanicznej? Czy to napięcie odnosi się do prędkości i prądu do momentu obrotowego, czy odwrotnie? Wyjaśnij swoją odpowiedź.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Wielkość napięcia przyłożonego do silnika prądu stałego z magnesem trwałym określa jego prędkość bez obciążenia, podczas gdy ilość prądu przez uzwojenia twornika wskazuje na moment wyjściowy.

Uwagi:

To pytanie prosi studentów o powiązanie koncepcji elektromagnetyzmu i indukcji elektromagnetycznej wraz z napięciem i prądem. Podczas gdy styl stałego magnesu silnika prądu stałego wykazuje prawie liniowe zależności między tymi zmiennymi, wszystkie elektryczne silniki prądu stałego wykazują ten sam ogólny wzór: więcej napięcia, więcej prędkości; więcej prądu, większy moment obrotowy; wszystkie pozostałe zmienne są równe.

Pytanie 12

W tym obwodzie silnika pojawił się problem. Gdy przełącznik jest włączony, silnik nie obraca się. Jednak pobiera on dużo prądu (kilka razy większy od normalnego prądu roboczego), jak wskazuje amperomierz:

Na podstawie tych informacji, co Twoim zdaniem może być nie tak z obwodem "# 12"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jedną z prawdopodobnych przyczyn jest albo uzwojenie pola, albo coś w armaturze (być może pędzel) nieudane. Problemy z wewnętrznym silnikiem nie są jednak jedynymi możliwościami!

Uwagi:

To pytanie jest ćwiczeniem w myśleniu diagnostycznym. Zawsze prowadź swoich uczniów, aby spróbowali zdiagnozować naturę problemu z podanymi informacjami przed podjęciem dalszych pomiarów lub obserwacji. Zbyt często ludzie podejmują więcej pomiarów niż to konieczne, aby rozwiązać problemy z systemami elektrycznymi, ponieważ nie zastanawiają się wystarczająco dokładnie nad tym, co robią.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →