ทฤษฎีมอเตอร์กระแสตรง

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง วิทยาศาสตร์ ม.4-6 (ฟิสิกส์) (กุมภาพันธ์ 2019).

Anonim

ทฤษฎีมอเตอร์กระแสตรง

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง


คำถามที่ 1

ถ้าปลายของห่วงลวดติดกับแถบโลหะครึ่งวงกลมสองเส้นจัดเรียงเพื่อให้ทั้งสองแถบเกือบจะสร้างวงกลมสมบูรณ์และแถบเหล่านั้นจะถูกติดต่อโดย "แปรง" สองชั้นซึ่งเชื่อมต่อกับขั้วแม่เหล็กของแบตเตอรี่โดยวิธีนี้ ห่วงลวดจะหมุน "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00384x01.png">

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตามเข็มนาฬิกาอย่างต่อเนื่อง

หมายเหตุ:

ท้าทายนักเรียนของคุณด้วยคำถามนี้: มีวิธีการใดที่เราจะได้รับสายลูปเพื่อหมุนอย่างต่อเนื่องโดยไม่ใช้แถบโลหะครึ่งวงกลมเพื่อสร้างและทำลายการสัมผัสกับแบตเตอรี่หรือไม่? ถามนักเรียนว่าวงแหวนโลหะครึ่งวงกลมสองวงถูกเรียกว่าเป็นคำศัพท์เกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้า / เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

คำถามที่ 2

เมื่อสวิตช์ปิดเครื่องแอมม์มิเตอร์จะเริ่มลงทะเบียนเป็นจำนวนมากในปัจจุบันจากนั้นกระแสจะสลายไปเป็นค่าที่น้อยกว่าเมื่อมอเตอร์เพิ่มความเร็วขึ้น:

ในมุมมองของกฎหมายของโอห์มที่ปัจจุบันควรจะเป็นหน้าที่โดยตรงของแรงดันไฟฟ้าและความต้านทาน (I = E / R ) อธิบายว่าทำไมถึงเกิดขึ้น หลังจากที่ทุกความต้านทานขดลวดของมอเตอร์ไม่เปลี่ยนตามที่หมุนและแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ค่อนข้างคงที่ เหตุใดจึงเกิดกระแสแตกต่างกันอย่างมากระหว่างการเริ่มต้นใช้งานและความเร็วในการทำงานเต็มรูปแบบ "# 2"> คำตอบเปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

กระแสไฟฟ้ามอเตอร์แปรผกผันกับความเร็วเนื่องจากตัวนับ EMF ผลิตโดยส่วนที่กระดกเป็นตัวหมุน

คำถามต่อเนื่อง: วาดแผนผังแสดงวงจรไฟฟ้าที่เทียบเท่ากับแบตเตอรี่สวิตช์แอมป์มิเตอร์และมอเตอร์โดยมีตัวนับ EMF ของมอเตอร์แสดงเป็นสัญลักษณ์แบตเตอรี่อื่น วิธีใดที่ต้องเผชิญกับแรงดันไฟฟ้าของ Counter-EMF ตรงข้าม กับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่หรือ ช่วย ให้แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่?

หมายเหตุ:

กระแสไฟฟ้าที่เรียกว่า "inrush" ของมอเตอร์ไฟฟ้าในระหว่างการเริ่มต้นจะมีค่ามากถึงสิบเท่าของกระแสไฟฟ้าโหลดตามปกติ!

คำถามที่ 3

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ปั่น 4500 รอบต่อนาทีจะมีกระแสไฟฟ้า 3 แอมป์ที่มีโวลต์ 110 โวลท์วัดที่ขั้วต่อ ความต้านทานของขดลวดของกระดองที่วัดได้ด้วยโอห์มมิเตอร์เมื่อมอเตอร์อยู่ในช่วงที่เหลือไม่มีกำลังต่อแรงคือ 2.45 โอห์ม เท่าไหร่ Counter-EMF เป็นมอเตอร์ที่สร้างที่ 4500 รอบต่อนาที?

จะมีกระแสไฟฟ้า "inrush" เท่าไหร่เมื่อมอเตอร์เริ่มแรก (armature speed = 0 RPM) อีกครั้งหนึ่งสมมติว่า 110 โวลต์ที่ขั้ว?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตัว นับ E = 102.65 V @ 4500 รอบต่อนาที

I inrush = 44.9 A

หมายเหตุ:

การคำนวณนี้ช่วยให้นักเรียนตระหนักถึงความสำคัญของกระแสไฟฟ้า "inrush" ของมอเตอร์ไฟฟ้า

คำถามที่ 4

ถ้ามีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายนี้ทิศทางใดที่สายจะผลัก (โดยปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็ก)?

นี่คือตัวอย่างของ มอเตอร์ ไฟฟ้าหรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า "# 4"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ลวดจะถูกผลักดัน ขึ้น ในตัวอย่าง มอเตอร์ นี้

หมายเหตุ:

ภาพช่วยในการทำความเข้าใจการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กทั้งสองเป็นแผนภาพแสดงเส้นของฟลักซ์ที่เล็ดลอดออกมาจากแม่เหล็กถาวรกับเส้นลวดที่ไหลเวียนรอบเส้นลวด ขอให้นักเรียนที่ได้เห็นภาพประกอบที่คล้ายคลึงกันในการวิจัยของพวกเขาเพื่อวาดภาพนี้ลงบนกระดานในชั้นเรียนสำหรับผู้ที่ยังไม่เคยเห็น

คำถามที่ 5

ถ้าเราจะวิเคราะห์เส้นฟลักซ์แม่เหล็กของตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้าซึ่งตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กระหว่างสองแถบแม่เหล็กการโต้ตอบจะมีลักษณะดังนี้:

ปฏิสัมพันธ์ของเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก (เส้นตรงของแถบแม่เหล็กกับเส้นลวดของวงกลม) จะก่อให้เกิดแรงทางกลบนเส้นลวด (เรียกว่า แรง Lorentz ) ทิศทางนี้จะบังคับให้ "# 5"> แสดงคำตอบซ่อนคำตอบ

หมายเหตุ:

คำถามนี้ทำหน้าที่เป็นแอปพลิเคชันที่ดีของกฎทางด้านขวา (หรือกฎด้านซ้ายหากคุณทำตามสัญกรณ์การไหลของอิเล็กตรอน)

คำถามที่ 6

ถ้ากระแสไหลผ่านวงกลมตามที่แสดงทิศทางที่ห่วงจะหมุน "/ / www.beautycrew.com.au/sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00383x01.png">

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

ตามเข็มนาฬิกาหมุนหนึ่งในสี่ (90 องศา)

หมายเหตุ:

ขอให้นักเรียนตรวจสอบขั้วของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผลิตโดยห่วงลวดที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่และทิศทางของแรงบิดอาจกลายเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าใจ

คำถามที่ 7

มอเตอร์ DC อาจถูกคิดว่าเป็นชุดของแม่เหล็กไฟฟ้า, เว้นระยะห่างระหว่างรัศมีรอบเพลาทั่วไป:

มอเตอร์ชนิดนี้มีลักษณะเป็น "แม่เหล็กถาวร" ซึ่งมีขดลวดเพียงส่วนบนตัวเครื่องเท่านั้น

เขียนขั้วสนามแม่เหล็กที่จำเป็น ("N" ทางทิศเหนือและ "S" ทางทิศใต้) บนปลายขั้วแม่เหล็กของกระดุมเพื่อให้หมุน ตามเข็มนาฬิกา

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

คำถามต่อเนื่อง: สมมุติว่ามอเตอร์ตัวนี้ไม่หมุนเวียนเหมือนที่ควรจะเป็นเมื่อไ้ด้รับแรงกระตุ้น ระบุความผิดพลาดบางอย่างที่เป็นไปได้ (เฉพาะ) ที่อาจส่งผลให้มอเตอร์ไม่เคลื่อนที่เมื่อมีพลังงาน

หมายเหตุ:

ภาพประกอบที่ปรากฏในทั้งคำถามและคำตอบให้เป็นสื่อที่ดีสำหรับการพูดคุยเกี่ยวกับการเปลี่ยนใจ พูดคุยกับนักเรียนของคุณว่าเพื่อให้การหมุนของมอเตอร์เป็นไปอย่างต่อเนื่องแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตั้งอยู่รอบ ๆ ก้านจะต้องทำให้เกิดแรงกระตุ้นและยกเลิกการรับแรงกระตุ้นในเวลาที่เหมาะสมเสมอเพื่อ "ดึง" และ "ผลักดัน" ไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ให้แน่ใจว่าได้ใช้เวลาในการติดตามผลกับนักเรียนของคุณโดยพิจารณาถึงความเป็นไปได้ที่อาจเกิดจากความผิดพลาดทางไฟฟ้าและไฟฟ้า

คำถามที่ 8

กำหนดเงื่อนไขมอเตอร์ไฟฟ้าต่อไปนี้:

•ฟิลด์
• Armature
•เครื่องปั่นไฟ
•แปรง
เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

•สนาม: ส่วนของมอเตอร์ที่สร้างสนามแม่เหล็กนิ่ง
• Armature: ส่วนหมุนของมอเตอร์
• Commutator: แถบทองแดงที่ขดลวดอลูมิเนียมนำไปสู่การสิ้นสุดซึ่งปกติจะอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของเพลา
แปรง: บล็อกคาร์บอนนิ่งที่ออกแบบมาเพื่อติดต่อกับแท่งเครื่องเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า

หมายเหตุ:

นักเรียนอาจพบรูปภาพของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงในการค้นหาคำจำกัดความของข้อกำหนดเหล่านี้ ให้นักเรียนแสดงรูปภาพเหล่านี้ให้กับชั้นเรียนถ้าเป็นไปได้ นอกจากนี้มอเตอร์ไฟฟ้าที่แยกส่วนเป็น "prop" ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการอภิปรายเกี่ยวกับชื่อย่อของมอเตอร์ไฟฟ้า

คำถามที่ 9

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้ากำลังทำงานอยู่ประกายไฟอาจเห็นได้โดยทั่วไปเมื่อแปรงคาร์บอนติดต่อส่วน "เครื่องเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า" อธิบายว่าทำไมเกิดประกายไฟเกิดขึ้นและกำหนดคำว่า "เปลี่ยน" ในการใช้ไฟฟ้า

ปรากฏการณ์นี้บ่งบอกถึงอายุขัยของมอเตอร์กระแสตรงและความเหมาะสมในสภาพแวดล้อมบางอย่าง "# 9"> เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

เพื่อ "commutate" หมายถึง "ทิศทางย้อนกลับ" ในความรู้สึกทางไฟฟ้าของคำ ผลของแถบเครื่องเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าและแปรงสลับกับการทำและทำลายวงจรไฟฟ้าด้วยขดลวดกระดุมทำให้เกิดประกายไฟในระดับหนึ่ง

คำถามติดตามผล: ระบุสภาพแวดล้อมที่มอเตอร์ประกายไฟจะไม่ปลอดภัย

หมายเหตุ:

ถ้านักเรียนของคุณพบว่าตัวเองกำลังทำงานในงานบำรุงรักษาระบบไฟฟ้าบางประเภทพวกเขาคิดว่าการบำรุงรักษาเป็นประจำพวกเขาคิดว่าพวกเขาอาจจะต้องทำอย่างไรกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเนื่องจากได้รับประกายไฟที่เครื่องเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า? ถามพวกเขาว่าปัญหาด้านความปลอดภัยที่เกิดประกายไฟนี้อาจเกิดขึ้นได้ในบางสภาพแวดล้อม ถามพวกเขาว่าพวกเขาคิดว่ามีสภาพแวดล้อมใดที่อาจเป็นอันตรายต่อการออกแบบรถยนต์เช่นนี้

คำถาม 10

เนื่องจากตัวเหนี่ยวนำขดลวดในมอเตอร์กระแสตรงหมุนผ่านสายฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขั้วสนามนิ่งแรงดันไฟฟ้าจะเกิดในขดลวดเหล่านั้น อธิบายว่าปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับกฎของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของ Faraday โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องที่ตัวแปรใดมีอิทธิพลต่อแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำ:

e = N


dt

แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำด้วยตนเองที่เกิดจากการหมุนกระดกมักเรียกว่า counter-voltage หรือ counter-EMF ทำไมจึงเรียกว่า "counter"? อะไรคือนัยโดยคำศัพท์นี้และสิ่งที่หลักการแม่เหล็กไฟฟ้าแสดงโดยลักษณะ "เคาน์เตอร์" ของแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำนี้?

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

Counter-EMF มีความแตกต่างกันไปตามความเร็วของกระดองโดยมีจำนวนรอบของขดลวดส่วนโค้งและความแข็งแรงสนาม เรียกว่า "เคาน์เตอร์ -" EMF เนื่องจากกฎหมาย Lenz ': ผลกระทบที่เกิดขึ้น opposes สาเหตุ

หมายเหตุ:

หลักการที่ฉันต้องการสื่อสารกับปัญหานี้คือทุกๆมอเตอร์จะทำงานเหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ผลิตเคาน์เตอร์ EMF) แนวคิดนี้มีความสำคัญต่อความเข้าใจในพฤติกรรมของมอเตอร์ไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งเส้นบิด / ความเร็ว

คำถาม 11

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมอเตอร์ DC แบบถาวรและจำนวนกระแสที่ผ่านขดลวดของมอเตอร์ DC แบบถาวรจะสัมพันธ์กับสองปริมาณทางกล ได้แก่ ความเร็วสูงสุดและแรงบิด (แรงบิด)

ปริมาณไฟฟ้าใดที่เกี่ยวข้องกับปริมาณทางกล? เป็นแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับความเร็วและแรงบิดในปัจจุบันหรือในทางกลับกัน? อธิบายคำตอบของคุณ.

เปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

จำนวนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับมอเตอร์กระแสไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรจะกำหนดความเร็วในการโหลดโดยไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าในขณะที่ปริมาณของกระแสผ่านขดลวดของกระดองเป็นตัวบ่งบอกถึงกำลังบิด

หมายเหตุ:

คำถามนี้ขอให้นักเรียนเล่าถึงแนวคิดเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าร่วมกับแรงดันและกระแสไฟฟ้า ในขณะที่รูปแบบแม่เหล็กถาวรของมอเตอร์กระแสไฟฟ้าแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นเกือบระหว่างตัวแปรเหล่านี้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทั้งหมดมีรูปแบบทั่วไปเช่นเดียวกัน ได้แก่ แรงดันไฟฟ้าความเร็วมากขึ้น แรงบิดมากขึ้น ตัวแปรอื่น ๆ ทั้งหมดเท่าเทียมกัน

คำถาม 12

มีปัญหาเกิดขึ้นในวงจรมอเตอร์นี้ เมื่อสวิตช์เปิด "เปิด" มอเตอร์จะไม่หมุน อย่างไรก็ตามมีกระแสไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก (หลายครั้งที่กระแสไฟฟ้าตามปกติ) ตามที่ระบุโดยแอมมิเตอร์:

จากข้อมูลนี้คุณคิดว่าอะไรผิดปกติกับวงจร "# 12"> คำตอบเปิดเผยคำตอบซ่อนคำตอบ

หนึ่งสาเหตุที่เป็นไปได้คือสนามขดลวดหรือสิ่งที่อยู่ในชุดเกราะ (อาจเป็นแปรง) ไม่สามารถเปิดได้ ปัญหาภายในมอเตอร์ไม่ได้เป็นไปได้เพียงอย่างเดียว แต่!

หมายเหตุ:

คำถามนี้เป็นการออกกำลังกายในการวินิจฉัย พยายามท้าทายนักเรียนของคุณเสมอเพื่อลองวิเคราะห์ลักษณะของปัญหากับข้อมูลที่ระบุก่อนที่จะทำการวัดหรือสังเกตเพิ่มเติม บ่อยครั้งที่ผู้คนใช้การวัดมากกว่าที่จำเป็นในการแก้ปัญหาระบบไฟฟ้าเพราะพวกเขาไม่คิดอย่างรอบคอบพอเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขากำลังทำอยู่

  • ←แผ่นงานก่อนหน้า

  • ดัชนี Worksheets

  • แผ่นงานถัดไป→