Duży, demonstracyjny i kolorowy model silnika i prądnicy pozwala w łatwy sposób zilustrować i omówić zasady działania tych urządzeń, zarówno jako maszyn prądu stałego jak i zmiennego.
Budowa/Opis techniczny:
Model silnika i generatora ma wysokość ok. 23 cm, szerokość 26 cm i głębokość 17 cm. Na środku solidnej, plastikowej podstawy znajduje się stojan, wykonany z ferromagnetycznej blachy, pomalowany w połowie na czerwono i w połowie na niebiesko, dając możliwość wizualizacji pola magnetycznego w przypadku zasilania napięciem stałym. Stojan zawiera wbudowane dwie cewki do wytwarzania pola magnetycznego w modelu; jedne z odprowadzeń tych cewek są na trwałe połączone, czyniąc połączenie solenoidów szeregowym. Gniazda dla wtyków widełkowych, doprowadzające zasilanie do tego elektromagnesu znajdują się na górze stojana. Wewnątrz stojana znajduje się oś z nasadzonym rotorem: cewką nawiniętą w formę prostokąta o wymiarach 14 cm x 7 cm i owiniętą taśmą izolacyjną również w dwóch kolorach: niebieskim i czerwonym. Z tyłu modelu na oś przykręca się korbkę, z przodu zaś umiejscowiony jest komutator, pozwalający zmieniać rodzaj pracy (napięcie pulsujące jednego znaku lub zmienne obu znaków). Komutatora z obu stron dotykają metalowe listki, połączone z gniazdami dla wtyków widełkowych.
Działanie:
Demonstracja generatora napięcia zmiennego (AC)
- listki dotykające komutatora należy umieścić w przeciwnym skrajnych częściach komutatora (w trakcie obrotu osi każdy listek dotyka cały czas jeden przewodzący region komutatora)
- do gniazd zasilania elektromagnesu (górne zaciski) należy doprowadzić napięcie stałe ok. 6 V (pobór prądu wtedy to ok. 1 A)
- do gniazd listków komutatora (dolne zaciski) należy podłączyć galwanometr (Zestaw nr 106. Galwanometr szkolny, Zestaw nr 48. Szkolny miernik demonstracyjny prądu stałego A-V-G)
- obracając wolno korbką rotora obserwujemy wychylenia wskazówki galwanometru raz w jedną, raz w drugą stronę zgodnie z kierunkiem siły elektromotorycznej generowanej przez obrót ramki rotora w polu magnetycznym stojana.
Demonstracja generatora napięcia stałego (DC)
- oba listki dotykające komutatora należy umieścić na środku komutatora (w trakcie połowy obrotu osi każdy listek dotyka jednego regionu komutatora, w drugiej połowie obrotu drugiego)
- reszta ustawień jak wyżej, z tym że obserwujemy na galwanometrze wychylenia wskazówki galwanometru w jedną stronę (aby ją zmienić, wystarczy obracać rotor korbką w drugą stronę).
Demonstracja działania silnika napięcia stałego (DC)
- oba listki dotykające komutatora należy umieścić na środku komutatora (w trakcie połowy obrotu osi każdy listek dotyka jednego regionu komutatora, w drugiej połowie obrotu drugiego), listki nie powinny być zbyt mocno dociśnięte do komutatora aby nie utrudniać startu silnika dzięki większemu tarciu
- jeśli używaliśmy poprzednio galwanometru, teraz go bezwzględnie odłączamy
- łączymy gniazda zasilania elektromagnesu i komutatora równolegle i doprowadzamy do nich napięcie stałe ok. 8-10 V (pobór prądu ok. 5 A)
- obserwujemy obrót rotora w polu magnetycznym; w przypadku braku startu lekko popychamy rotor; zmieniając napięcie do ok. 20 V obserwujemy wzrost częstotliwości obrotów ramki.
Demonstracja silnika napięcia zmiennego (AC)
- jedno gniazdo zasilania elektromagnesu łączymy galwanicznie z jednym z gniazd komutatora (łączymy cewki elektromagnesu z komutatorem szeregowo)
- do pozostałych gniazd doprowadzamy napięcie zmienne ok. 85-110 V i po zaobserwowaniu obrotu rotora silnika wyłączamy zasilanie aby uniknąć przegrzania cewek. Pamiętamy, że w tej chwili eksponowane są elementy po wysokim napięciem – nie wolno ich dotykać aby nie zostać porażonym.
Informacje dodatkowe:
- w celu uniknięcia przegrzania cewek nie utrzymujemy modelu w ruchu przez dłużej niż ok. 2 min
- nigdy nie utrzymujemy włączonego zasilania któregokolwiek z silników przy nieruchomym rotorze
- powierzchnia komutatora powinna być w dobrym stanie, tj. dobrze przewodzić; w razie stwierdzenia obecności zanieczyszczeń na jego powierzchni warto co jakiś czas przetrzeć go drobnoziarnistym papierem ściernym
- miejsca ułożyskowania osi rotora na obu końcach powinny być lekko naoliwione olejem maszynowym aby zapewnić łatwy obrót ramki; oleju nigdy nie powinno być za dużo (nie powinien z tych miejsc wyciekać).
Wykorzystanie zgodnie z podstawą programową:
IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony, punkt 9., podpunkt 7) „Uczeń opisuje zasadę działania silnika elektrycznego".
