Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя школа № 9 имени Ю.А. Гагарина» города Смоленска
(МБОУ «Средняя школа №9 им. Ю.А. Гагарина»)
«Электродвигатель и его применение»
(научно-практический проект)
Выполнил работу: Емельянов Андрей Валерьевич
учащийся 10 класса А
Руководитель: Емельянова Елена Сергеевна,
учитель физики
Смоленск
2025
Оглавление
1. | Введение | 3 |
2. | Теоретическая часть | 4 |
2.1 | История создания | 4 |
2.2 | Устройство электродвигателя | 4 |
2.3 | Применение | 6 |
3. | Практическая часть | 10 |
4. | Заключение | 11 |
5. | Список литературы | 12 |
6. | Приложение | 13 |
1. Введение
Актуальность темы: тема остаётся актуальной, потому что электродвигатели являются основой современных технологий, обеспечивая эффективность, экологичность и автоматизацию процессов в быту, промышленности и транспорте. Их развитие способствует сокращению энергозатрат, снижению выбросов и улучшению качества жизни, что делает тему важной в условиях устойчивого развития и инноваций.
Объект исследований: Объектом моих исследований является электродвигатель
Предмет исследований: Предметом моих исследований является устройство электродвигателя
Цель работы: сконструировать электродвигатель своими руками
Задачи:
1. Изучить литературу по теме “Электромагнитная индукция.”, “Сила Ампера”
2.Рассмотерть историю развития электродвигателя.
3. Собрать электродвигатель.
4. Исследовать зависимость мощности двигателя от его параметров
Гипотеза:
С развитием технологий электродвигатели станут более эффективными и экологичными, что расширит их применение в таких областях, как электрический транспорт, возобновляемая энергия и автоматизация, способствуя снижению углеродного следа и улучшению устойчивости экономики.
Методы исследования:
-
Изучение литературы по данной теме.
-
Моделирование.
-
Эксперимент.
2. Теоретическая часть
2.1 История создания
В 1821 году Майкл Фарадей сделал свое знаменательное открытие электромагнитной индукции и моторного эффекта, которое произвело революцию в электротехнике и разработке электродвигателей. Фарадей обнаружил, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, в проводе возникает механическая сила. Это открытие привело к разработке ряда различных типов электродвигателей, от небольших ручных устройств до больших промышленных машин.
Концепция Фарадея была доработана американским изобретателем Томасом Дэвенпортом в 1834 году, который построил первый электродвигатель, работающий от батареи. Двигатель Давенпорта был относительно небольшим портативным устройством, способным приводить в действие такие машины, как токарные станки и печатные станки. Это устройство было первым в своем роде, и ему приписывают революцию в обрабатывающей промышленности.
В 1858 году французским инженером Ипполитом Пиксии был разработан первый крупный коммерческий электродвигатель. Двигатель Pixii мог приводить в действие динамо-машину, что позволяло ему приводить в действие механические машины, такие как печатные станки и промышленные мельницы.
В конце 1800-х годов Никола Тесла разработал асинхронный двигатель. Этот двигатель был первым, в котором использовался переменный ток, и он был более эффективным, чем более ранние двигатели, разработанные Фарадеем и Эдисоном. Двигатель Теслы был первым, в котором использовалась индукционная катушка для создания магнитного поля, заставляющего вращаться якорь.
Современный электродвигатель — это высокоэффективное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую с помощью электромагнитного взаимодействия.
2.2. Устройство электродвигателя
Несмотря на разнообразие типов и конструкций электродвигателей, большинство из них включает несколько основных компонентов. Давайте рассмотрим основные составляющие современного электродвигателя:
1.
Статор Статор — это неподвижная часть электродвигателя, которая создает магнитное поле. Он состоит из металлической обмотки (проводов), через которую проходит электрический ток. Магнитное поле, создаваемое этой обмоткой, взаимодействует с ротором, создавая вращение.
-
Обмотка статора: Обычно состоит из меди или алюминия, и часто используется многослойная намотка для уменьшения потерь энергии.
-
Корпус: Служит для защиты обмотки от внешних повреждений и воздействия окружающей среды. Он также может иметь элементы охлаждения (например, вентиляционные отверстия) для предотвращения перегрева.
2.
Ротор Ротор — это вращающаяся часть электродвигателя. Он находится внутри статора и под воздействием магнитного поля, создаваемого статором, начинает вращаться. Ротор преобразует магнитное поле в механическое движение, которое затем передается на механизмы (например, на вал).
3.
Вал Вал — это часть электродвигателя, которая передает механическую энергию от ротора на другие компоненты или устройства. Он может быть соединен с механической нагрузкой, такой как вентилятор, насос или конвейер. Вал может быть выполнен из прочной стали или других металлов, чтобы обеспечить долгосрочную и надежную работу.
4.
Коллектор и щетки (для двигателей постоянного тока) В электродвигателях постоянного тока (DC) для создания постоянного направления тока в обмотке ротора используется коллектор и щетки. Коллектор — это кольцевой элемент, соединенный с ротором, а щетки — это проводники, которые с ним контактируют, обеспечивая подачу электрического тока.
Щетки: Обычно сделаны из углерода или графита и обеспечивают минимальное трение между коллектором и проводами.
5.
Подшипники Подшипники — это устройства, которые поддерживают вращение вала и обеспечивают его плавное движение. Они уменьшают трение между движущимися частями, повышая эффективность и долговечность двигателя. Подшипники могут быть как шариковыми, так и роликовыми, а также магнитными в некоторых передовых моделях.
2.3. Применение электродвигателя
Электродвигатели являются неотъемлемой частью современного мира и находят применение в различных сферах жизни и производства. Они играют важную роль в обеспечении работы множества устройств и механизмов, от бытовых приборов до крупных промышленных установок. Рассмотрим, где используются электродвигатели, для чего они необходимы и какую пользу они приносят человеку.
1.
Бытовая техника Применение: В быту электродвигатели используются в самых разных устройствах, от кухонной техники до систем отопления и кондиционирования.
-
Пылесосы: Электродвигатели приводят в движение вентилятор, который создает всасывающее действие.
-
Стиральные машины: Двигатели вращают барабан, обеспечивая стирку одежды.
-
Холодильники: В компрессорах используются электродвигатели для сжатия хладагента и поддержания температуры.
-
Вентиляторы и кондиционеры: Для циркуляции воздуха и поддержания комфортного климата в помещении.
Польза: Электродвигатели значительно облегчают повседневную жизнь, автоматизируя множество процессов, экономя время и усилия людей.
2.
Транспорт Применение: Электродвигатели становятся важной частью как традиционного, так и инновационного транспорта.
-
Электромобили: В современных электромобилях электродвигатели заменяют двигатели внутреннего сгорания, обеспечивая их экологичность и экономичность.
-
Электрические поезда: Мощные электродвигатели используются для приведения в движение поездов, что позволяет эффективно перевозить людей и грузы на больших расстояниях.
-
Трамваи и троллейбусы: Электродвигатели позволяют организовать экологически чистый городской транспорт.
-
Скутеры, велосипеды и электросамокаты: Компактные электродвигатели приводят в движение личные транспортные средства, делая передвижение по городу быстрым и удобным.
-
Польза: Электродвигатели способствуют снижению уровня загрязнения воздуха, уменьшению зависимости от ископаемых топлив и улучшению качества жизни в городах, а также обеспечивают более экономичный и безопасный транспорт.
3.
Промышленность Применение: Электродвигатели имеют широкое применение в различных отраслях промышленности, от производства до энергетики.
-
Промышленные насосы: Электродвигатели приводят в движение насосы, которые перекачивают жидкости (вода, нефть, химикаты) в различных производственных процессах.
-
Конвейеры: Двигатели обеспечивают движение конвейерных лент, которые переносят материалы и товары на различных стадиях производства.
-
Шлифовальные и токарные станки: Электродвигатели используются для приведения в движение рабочих инструментов в механической обработке.
-
Краны и лифты: Электродвигатели управляют подъемными механизмами в строительстве, на складах и в транспортных системах.
Польза: Электродвигатели в промышленности повышают производительность труда, автоматизируют процессы, уменьшают потребность в ручном труде и обеспечивают более высокую точность и безопасность работы.
4.
Энергетика и коммунальные услуги Применение: В энергетических системах электродвигатели играют ключевую роль в обеспечении работы различных установок и устройств.
-
Генераторы: Электродвигатели преобразуют механическую энергию в электрическую (например, в ветряных и гидроэлектростанциях).
-
Компрессоры и вентиляционные системы: Электродвигатели управляют работой компрессоров, которые сжимают воздух и другие газы для различных нужд.
-
Насосы для воды: Электродвигатели управляют насосами для перекачки воды на водозаборных станциях, для системы водоснабжения и водоотведения.
Польза: В этих областях электродвигатели позволяют эффективно и экономно обеспечивать энергоснабжение и поддерживать необходимые коммунальные услуги, такие как водоснабжение, отопление и вентиляция.
5. Робототехника и автоматизация
Применение: В роботах и автоматизированных системах электродвигатели используются для точного и быстрого движения, а также для выполнения различных задач.
-
Роботы-помощники: В бытовых и промышленными роботах, таких как робот-пылесос или манипуляторы на производственных линиях, электродвигатели приводят в движение механизмы.
-
Автоматизированные склады: Роботы и конвейеры, оснащенные электродвигателями, используются для перемещения товаров и упаковки.
Польза: Электродвигатели позволяют автоматизировать множество задач, увеличивая производительность, снижая затраты на труд и обеспечивая высокую точность в роботизированных системах.
6.
Медицинские устройства Применение: В медицине электродвигатели используются в различных аппаратах и оборудовании, где требуется точное движение.
-
Медицинские насосы: Для подачи жидкости или препаратов в организм пациента.
-
Ультразвуковые аппараты: Электродвигатели управляют перемещением датчиков или рабочими частями оборудования.
-
Оборудование для диагностики и анализа: В том числе в магнитно-резонансных томографах (МРТ) и других сложных медицинских установках.
Польза: Электродвигатели способствуют созданию высокотехнологичных медицинских устройств, которые помогают в диагностике и лечении заболеваний, улучшая качество ухода за пациентами.
7.
Сельское хозяйство Применение: Электродвигатели используются в сельском хозяйстве для автоматизации различных процессов.
-
Молочные машины: В электродвигателях работают молочные аппараты для сбора молока.
-
Оборудование для орошения: Электродвигатели приводят в движение насосы и системы орошения на полях.
-
Переработка урожая: В сельском хозяйстве используется множество электродвигателей для механической обработки урожая, например, в комбайнах или для сушки зерна.
Польза: Электродвигатели делают сельское хозяйство более эффективным, снижая трудозатраты и повышая урожайность, а также уменьшая необходимость в ручном труде.
3. Практическая часть
От теории перейдем к практике.
1. Для начала возьмем токоизолирующий прочный материал, в моем случае ламинат.
2. Просверлим одно отверстие диаметром 2,5 мм для вала якоря.
3. На расстоянии 2,5 см от первого отверстия сверлим еще два отверстия диаметром 6 мм под болты М6.
4. Соберем якорь, для этого нам понадобятся: вязальная спица, кусочек фольги, 2 стальные пластины толщиной 1 мм, длинной 40 мм, а также изолента.
4.1 Просверлим в центре пластин отверстие диаметром 2,6 мм.
4.2 Оденем эти пластины на спицу, перевяжем их между собой изолентой.
4.3 Из фольги соберем подпружиненный контакт, также оденем его на спицу.
4.4 Готовый якорь поставим в ранее просверленное отверстие в ламинате. Закрепим его.
5. Для индуктора нам придется сделать 2 электромагнита. Изготовим их из медной эмалированной проволоки диаметром 0,2 мм.
5.1 На болт М6 намотаем 4-5 слоев бумаги, закрепим ее изолентой.
5.2 К получившейся трубочке крепим бумажные щечки.
5.3 На получившуюся катушку намотаем 500 витков медной проволоки, повторим процедуру 2 раза.
5.4 Эти две катушки вставляем в ранее проделанные отверстия в ламинате и скрепляем их между собой стальной пластиной.
6. Из этой же проволоки и фольги делаем подпружиненный контакт. Электродвигатель собран.
4. Заключение
Эффективность использования электродвигателей выражается в -
Экономии времени и усилий: Электродвигатели автоматизируют множество задач, экономя время и усилия человека. Это повышает качество жизни и облегчает бытовую работу.
-
Увеличении производительности: В промышленности и сельском хозяйстве электродвигатели позволяют ускорить процессы, повысить объемы производства и улучшить качество продукции.
-
Экологичности: Использование электродвигателей в транспорте и промышленности способствует снижению загрязнения окружающей среды, например, в случае с электромобилями.
-
Энергоэффективности: Современные электродвигатели обладают высокой эффективностью, что позволяет снижать потребление энергии и повышать экономию на больших объектах.
Таким образом, электродвигатели являются основой современной цивилизации, обеспечивая работу множества систем и устройств, от бытовых приборов до промышленных гигантов, значительно улучшая качество жизни и эффективность работы.
\
5. Список литературы
https://www.eliks.ru/info/index.php?ELEMENT_ID=3248
https://held-spb.ru/stati/elektricheskij-dvigatel-postoyannogo-toka
6. Приложение
18