Управление образование администрации МО ГО «Сыктывкар»

МОУ Средняя общеобразовательная школа № 18

Сыктывкар 2009

Работу выполнили :

учащиеся 9-го класса МОУ СОШ № 18

Михайлов Иван, Мирзоев Руслан

Руководитель проекта:

Целищева М. В., учитель физики

2

Цель работы

Сравнить технические характеристики электродвигателей

постоянного тока.

Сделать бесколлекторный двигатель для радиоуправляемой

модели самолета.

Этапы работы

1. Создание творческой группы

2. Определение целей и задач проекта

3. Поиск материала по теме в разных источниках

4. Отбор литературного, фактического и научного мате-

риала.

5. Изготовление мотора и проверка его работы

6. Оформление результатов

3

Введение

XX век - это мир техники. Могучие машины добывают из недр

земли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции выра-

батывают миллиарды киловатт-часов электроэнергии. Тысячи фабрик и

заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры, велосипе-

ды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, те-

лефон и радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самоле-

ты с большой скоростью переносят нас через материки и океаны. А высо-

ко над нами, за пределами земной атмосферы, летают ракеты и искусст-

венные спутники Земли. Все это работает при помощи электроэнергии. И

в настоящее время уже более 60% всей вырабатываемой в мире электри-

ческой энергии потребляется электрическими двигателями.

В настоящее время жизнь человечества без электродвигателя

трудно представляется. Он используется в поездах, троллейбусах, трамва-

ях. На заводах и фабриках стоят мощные электрические станки. Электро-

мясорубки, кухонные комбайны, кофемолки, пылесосы - все это исполь-

зуется в быту и оснащено электродвигателями.

Первый электродвигатель сконструировал русский ученый Б.С.

Якоби. Много позже сконструировали двигатели, работающего на элек-

тричестве, бесшумные и небольшие - бесколлекторные.

На наш взгляд изобретение бесколлекторного электродвигателя -

есть одно из важнейших достижений инженерии. И целью работы было

самим сделать такой двигатель для радиоуправляемой модели самолета.

4

Что такое электродвигатель?

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоян-

ного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в ме-

ханическую энергию.

Простейший двигатель, на рисунке, состоит из одного постоянного магни-

та на статоре, из одного электромагнита с явно выраженными полюсами

на роторе, щелочно-коллекторного узла с двумя пластинами и двумя щет-

ками.

Коллектор (щелочно– коллекторный узел ) выполняет одновременно две

функции - является датчиком углового положения ротора и переключате-

лем тока со скользящими контактами.

Щѐточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на

вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щѐтка —

неподвижный контакт (обычно графитовый или медно-графитовый).

5

Коллекторные двигатели

В начале рассмотрим коллекторные двигатели. Коллекторные двигатели

самые простые в изготовлении, и эксплуатации, а следовательно - наибо-

лее дешевые. Для того чтобы заставить такой моторчик работать, его дос-

таточно просто подключить к батарее. Управлять оборотами двигателя

можно изменяя подводимое к мотору напряжение, а направление враще-

ния двигателя меняется, если изменить полярность тока. Таким образом,

регуляторы или контроллеры для управления коллекторными двигателями

тоже просты и недороги. Различия в размерах дает представление о мощ-

ности электромотора. Чем больше размер - тем выше мощность. Следую-

щая характеристика, на которую нужно обращать внимание при выборе

двигателя, это номинальное напряжение на которое он рассчитан. Имеют-

ся моторы с рабочим напряжением 4,8 вольта, 6 вольт, и 12 вольт.

Эти двигатели выпускаются на

сравнительно небольшие мощности

- от 5 до 600 Вт и на частоты враще-

ния 2770 - 8000 об/мин.

В процессе работы коллекторных

двигателей происходит постепен-

ный износ графитовых щеток и ме-

талла коллектора, по которым щетки скользят. Периодически щетки нуж-

но менять, а двигатель прочищать от графитовой и металлической пыли.

При продолжительной интенсивной работе следует также протачивать

коллектор, для компенсации его неравномерного износа.

Коллектор двигателя

6

Улучшение характеристик моторов достигается за счет применения мощ-

ных редкоземельных магнитов, обязательным использованием подшипни-

ков, прецизионным изготовлением коллекторного узла. Но даже с приме-

нением всех перечисленных технологических уловок, коллекторные дви-

гатели уступают по всем параметрам бесколлекторным моторам.

Бесколлекторные двигатели.

Аналогом щѐточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком по-

ложения ротора — вентильный (бесколлекторный) электродвигатель.

Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет

обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и юж-

ного полюсов. Статор имеет традиционную конструкцию. Состоит из кор-

пуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, уложен-

ной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет ко-

личество фаз двигателя. Обмотки статора переключаются электронными

схемами — инверторами. Бесколлекторные электродвигатели могут быть

однофазными (две «мѐртвые точки»), двухфазными (синусно-

косинусными), трѐх- и более фазными.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока с выпрямителем может за-

менить коллекторный двигатель.

Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диа-

пазоне оборотов и имеют более высокий КПД. Конструкция двигателя при

этом проще, в ней нет щеточного узла, и нет необходимости в техниче-

ском обслуживании. Можно сказать, что бесколлекторные моторы практи-

чески не изнашиваются. Стоимость бесколлекторных двигателей несколь-

7

Статор бесколлекторного двигателя

ко выше, чем коллекторных. Это вызвано тем, что все бесколлекторные

моторы снабжены подшипникам и, как правило, изготовлены более каче-

ственно.

Из устройства бесколлекторных двигателей вытекают главные преиму-

щества:

- отсутствие вращающихся и переключающихся контактов

- высокая надежность работы, поскольку отсутствует щеточный узел,

- большой ресурс электродвигателя ограничен, практически, только ресур-

сом подшипников.

- линейность регулировочной характеристики и меньший уровень элек-

тромагнитного шума по сравнению с коллекторными двигателями посто-

янного тока

- применение в конструкции электродвигателя балансировочных колец по-

тенциально может обеспечить стабильность работы при очень высоких

скоростях вращения (десятки тысяч оборотов в мин).

8

Модель бесколлекторного двигателя.

После изучения и сравнения разновидностей электродвигателей, мы при-

шли к выводу, что естественной альтернативой коллекторным двигателям

постоянного тока являются бесколлекторные.

Заводские бесколлекторные двигатели очень дорогие, поэтому возникла

идея самим сделать такой двигатель из подручных средств.

Изучив различные источники литературы и придя к выводу, что это нам

под силу, мы приступили к работе.

Этапы нашей работы состояли в следующем:

1. Выбор материала для точения корпуса и изготовления двигателя(взяли

дюралюминий—старая лопасть)

2. Заготовка магнитов (со старых CD приводов).

3. Сборка двигателя:

- установка в правильном порядке магнитов

- нарезание резьбы на валу

- обмотка медной проволокой

- сверление отверстий для облегчения и для тщательного охлаждения

мотора

- припаивание разъемов

- установка подшипни-

ков

- установка стопорно

го кольца

9

Подключив источник питания и проверив работу двигателя, установили

наш двигатель на модель самолета.

10

Выводы

1. Изучив технические характеристики двух разновидностей элек-

тродвигателей мы пришли к выводу:

- коллекторный двигатель прост в изготовлении, но недолговечен;

- бесколлекторный двигатель обладает более высокой надежно-

стью работы, более высоким КПД, меньшими размерами и

массой.

- для улучшения летательных характеристик лучше использовать

бесколлекторный двигатель, т.к. он более легкий, меньшего

размера

2. Самостоятельно сделали бесколлекторный двигатель и установи-

ли его на радиомодель самолета.

11

Источники информации:

Электротехника. И.И. Иванов, В.С.Равдоник 1984

Электротехника. А.С.Касаткин, М.В.Немцов 1983

Как самому рассчитать и сделать электродвигатель. Н.В. Вино-

градов, Ю.Н. Виноградов 1974 г.

Ресурсы Интернета:

http://ru.wikipedia.org

http://www.stepmotor.ru/articles/Dvigateli.php

12

Материалы подготовлены и оформлены

Фирмой «Школ-Издат» МОУ СОШ № 18

Адрес: Старовского 53, тел.: 43-34-83

e-mail: school18-07@mail.ru