Устройство для демонстрации работы электродвигателя постоянного тока

 

Изобретение относится к демонстрационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении электромагнетизма , и может быть использовано в лекционном демонстрировании по курсу общей физики . Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем совместной демонстрации противоЭДС и напряжений питания на электродвигателе, Устройство содержит электродвигатель 1, осциллограф 2, привод 3 вращения с кулачком 4, три пары контактов 5-7, источник 8 питания, включатель 9о 1-2-8, 5-6-7, 2-7, 1-6, 5-9, 9-8. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК (51) G 09 В 23/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

{21) 4779237/12 (22) 08.01.90 (46) 23.06 92. Бюль 23 (» ) Киевский государственный университет им. Т.Г.Шевченко (72) П.И.Дрозд, Л.В.Поперенко и

И.А.Шайкевич (53) 681.136.52(088...8) (56) Авторское свидетельство СССР

1 1396157, кл. G 09 В 23/18, 1986, (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ДЕИОНСТРАЦИИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО

-ТОКА (57) Изобретение относится к демонст" рационным устройствам, обеспечиваю„„50 ÄÄ 1742849 А1

2 щим наглядность при изучении электромагнетизма, и может быть использовано в лекционном демонстрировании по курсу общей физики . Целью изобретения является расширение демонстра ционных возможностей путем совместной демонстрации противоЭДС и напряжений питания на электродвигателе.

Устройство содержит электродвигатель

l, осциллограф 2, привод 3 вращения с кулачком 4, три пары контактов

5 - 7, источник 8 питания, включатель 9. 1-2-8, 5-6-7, 2"7, 1-6, 5-9, 9-8, 2 ил.

1742849 4

Изобретение относится к демонст=

1 рационным устройствам, обеспечивающим наглядность при изучении электромагнетизма, и может быть использовано в лекционном демонстрировании по курсу общей физики.

Известно устройство для демонстрации работы электродвигателя постоян« ного тока, содержащее осциллограф, источник питания,, два электродвига" теля постоянного тока, на валу одного из которых установлен прерыватель сигнала в виде диска с кулачком для воздействия на две контактные пары, Недостаток известного устройстваограниченные функциональные возможности, а именно невозможност ь одновременно индуцировать три рабочих напряжения: падения напряжения на работающем двигателе„ источника питания, возникающей противоЭДС.

Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей путем совместной демонстрации противоЭДС и напряжений питания на электродвигателе.

В устройство, содержащее источник питания, демонстрационный электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом, привод вращения (напри-. мер, электродвигатель), на валу ко;торого установлен прерыватель сигна ла в виде диска с кулачком для воз" действия на две контактные пары, до" полнительно введена третья контактная пара, установленная под углом

90 к одной из двух контакных пар в плоскости, перпендикулярной к валу привода вращения, на одинаковом расстоянии от вала, а диск для воздействия на контактные пары выполнен с кулачком по четверти окружности, и од| ни клеммы каждой из трех контактных пар соединены между собой, а другие соединены соответственно с первым входом осциллографа, первой клеммой испытуемого электродвигателя и одним из полюсов источника питания, а второй вход осциллографа и вторая клемма испытуемого электродвигателя соединены между собой, и к ним через включатель подсоединен второй полюс источника питания, причем время екщ„ коммутации контактных групп и электро механическая постоянная времени Т эм электродвигателя определяются соотношением Тэм 8 ком °

45 ции и запасенной кинетической энер-. гии угловая скорость вращения при высокой электромеханической постоянной Т д электродвигателя меняется незначительно.

Таким образом, устройство имеет дополнительную контактную пару, отличается взаимным размещением под углом 90о трех контактных пар, фор50

55 мой выполнения кулачка на валу привода вращения, соотношением между временем коммутации tÄp контакных пар и электромеханической постоянной времени Т < электродвигателя (т м»

«8 t„,„).

Контактная пара установлена под углом 90 к одной из двух контактных пар, а кулачок привода вращения имеет выступ по четверти оркужности, что

За счет взаимного размещения трех контактных пар и их электрического соединения с источником питания, электродвигателем и осциллографом, формы кулачка диска и выполнения тремя контактными парами при вращении диска с кулачком по четверти окружности на валу вспомогательного электродвигателя на экране осцилло" графа последовательно во времени индуцируются три величины напряжений: источника питания, индуцируемой противоЭДС, падения напряжения на клеммах электродвигателя постоянного тока.

При увеличении механической нагрузки на вал электродвигателя 1 скорость вращения якоря уменьшается, д> поэтому уменьшается противоЭДС, а значение падения напряжения на работающем электродвигателе 1 увеличивается при неизменной величине напряжения на источнике питания. Причем д всегда выполняется соотношение 11 (противо,э,д.Q 11ъиектоо,6,вигятедя ) как 11 пр тиьо элс+ U ph8KTpogBN >0hь, E и точ = const, à rM Qppygво Эдс

Ш эдекгродвигате я ° считая» что падение напряжения внутри источника мало. За счет быстрого вращения вала испытуемого электродвигателя за несколько его оборотов в течение времени„ равного и м коммутации контактных пар (десятые доли секунды), когда на электродвигатель не подается напряжение от источника, не происходит мгновенная остановка вала и фактически за счет его инерпитания не подается и на экране осциллографа 2 наблюдают индуцируемую электродвигателем 1 противоЭДС. 8 этом случае электродвиraтель 1 за счет большой его электромеханической постоянной времени Т „„ вращается по инерции и работает как генератор постоянного тока, выдавая на экране осциллографа 2 напряжение Б оти

При замкнутых контактных парах

5 и 7 и разомкнутом контакте 6 питание на электродвигатель 1 уже подается и электродвигатель продолжает вращаться, наращивая скорость оборотов своего вала, а на экране осциллографа демонстрируется нуль-сигнал.

При замыкании контактов 5 и 6 и разомкнутом контакте 7 на экране осциллографа визуализируется напряжение источника 8 питания при вновь отключенном от него электродвигателе

1, но продолжающем вращаться по инерции, как прежде, до момента, когда контакты 5 — 7 станут замкнутыми и вновь к электродвигателю подключится напряжение от источника 8 питания.

За время коммутации t „ц„„ контактных групп (примерно за несколько десятых долей секунды) происходит уменьшение числа оборотов на несколько десятков при известном типичном номинальном параметре малогабаритного электродвигателя постоянного тока числе оборотов в минуту - порядка

3000 - 4000 об/мин (как, например, для электродвигателя с сердечником якоря и его обмоткой выполняют роль маховика, условие Т „„ 8 е„>,„, выполняется. 3а счет этого предлагаемое устройство позволяет при непрерывном вращении якоря электродвигателя 1 наглядно представить величины напряжения источника питания, индуцируемыа в обмотке якоря, противоЭДС, падения напряжения на клеммах работающего электродвигателя 1 и зависимость эти> напряжений и противоЭДС от величины нагрузки на валу электродвигателя, что повышает уровень восприятия учащи мися явления электромагнитной индукць; применительно к работе электродвигателя постоянного тока, Формула изобретения

Устройство для демонстрации работь электродвигателя постоянного тока, сс держащее привод вращения с установлен ным на его оси кулачком, две пары

5 1742849 6 ведет к одновременной индикации трех рабочих напряжений: падения напряжения на испытуемом электродвигателе напряжение источника питания, индуцируемой противоЭДС и их взаимному изменению при изменении механической нагрузки на валу электродвигателя.

Такая индикация возможна в связи с выполнением функции размыкание .- за10 мыкание трех контактных пар, одни клеммы каждой из которых соединены между собой; а другие - соответственно с первым входом осциллографа, первой клеммой испытуемого электродвигателя и одним из полюсов источника питания, а вторая клемма испытуемого электродвигателя и второй полюс источника электрически соединены между собой, т,е, вид подключения электрических деталей и их взаимосвязь в предлагаемом устройстве от," личны от известных.

На фиг.1 представлены кинетические и электрическая схемы устройства; .на фиг.2 — эквивалентная электрическая схема.

Устройство для демонстрации работы электродвигателя постоянного тока содержит демонстрационный электродвигатель 1, осциллограф 2, привод 3 вращения диска с кулачком

4, закрепленным на оси., Электроконтакты 5 - 7 жестко закреплены с возможностью взаимодействия с кулачком 4. Источник 8 питания через включа- 35 тель 9 соединен первым полюсом с первым выводом электродвигателя 1 и первым вы" водом осциллографа 2. Второй полюс источника 8 питания через электроконтакты

5 и 6 подключен к второму выводу электродвигателя 1 и второй вывод осциллографа 2 связан с электроконтвктом 7.. Время коммутации t „ м контактных пар и электромеханическая постоянная Т „ электродвигателя определяются соотношением Т А, ° 8 trow

Устройство работает следующим образом.

Включают привод 3 и включатель 9, и кулачок 4 начинает вращаться, воз- 0 действуя на контакты 5 — 7. Когда все контакты 5 — 7 замкнуты, на экране осциллографа 2 демонстрируется напряжение на клеммах работающего электродвигателя 1. 55

При замыкании контактов 6 и 7 и разомкнутом контакте 5 на электродвигатель 1 напряжение с источника 8

Составитель Л.Прохорова

Техред 11.йоргентал Корректор С.Черни

Ь 4 °

Редактор И.Шулла

Заказ 2287 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

7 1742849 8

/ контактов, установленных с возможнос- демонстрации противоЭДС и напряжении тью взаимодействия с выступом кулачка, питания на электродвигателе, выступ источник постоянного тока, первым кулачка .выполнен величиной в четверть выводом соединенный с первыми вывода- дуги его окружности, дополнительно ми электродвигателя и регистрирующего введена третья пара контактов, раз5 о прибора, второй вывод источника пос- мещеннаЯ под Углом 9 по отношению тоянного тока соединен с первым выво- к второй паре контактов и установдом первой пары контактов, а первый ленная с возможностью взаимодействия вывод второй пары контактов соединен 1О с выступом кулачка, причем первый с вторым выводом регистрирующего вывод третьей пары контактов соединен прибора, о т л и ч а ю щ е е с я тем с вторым выводом электродвигателя, а что, с целью расширения демонстра- вторые выводы всех пар контактов ционных возможностей путем совместной объединены.