Номер 7, страница 360 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. Как можно изменять направление вращения якоря электродвигателя?

6. Как можно изменять направление вращения якоря электродвигателя?

Направление вращения якоря электродвигателя постоянного тока определяется направлением силы Ампера, которая действует на проводники обмотки якоря, находящиеся в магнитном поле. Согласно правилу левой руки, направление этой силы зависит от двух факторов: направления тока в проводнике и направления линий магнитного поля (от северного полюса к южному).
Сила Ампера, создающая вращающий момент, для одного проводника описывается формулой $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{I}$ – сила тока в якоре, $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\text{l}$ – активная длина проводника. Чтобы изменить направление силы $F_A$ на противоположное и, следовательно, реверсировать вращение, необходимо изменить направление одного из векторов: либо тока $\text{I}$, либо магнитной индукции $\text{B}$. Если изменить направление и тока, и магнитного поля одновременно, направление силы Ампера и вращения останется прежним.
Таким образом, существуют два основных способа изменения направления вращения (реверса) якоря:
1. Изменение направления тока в обмотке якоря. Это самый распространенный способ, который заключается в изменении полярности напряжения, подводимого к щеткам якоря.
2. Изменение направления магнитного поля. В двигателях с электромагнитным возбуждением (имеющих обмотку статора) это достигается изменением направления тока в этой обмотке. В двигателях с постоянными магнитами этот способ на практике не используется.

Ответ: Направление вращения якоря электродвигателя можно изменить, поменяв полярность подключения обмотки якоря (изменив направление тока в ней) или поменяв полярность подключения обмотки возбуждения (изменив направление магнитного поля), но не обеих одновременно.

7. Как можно изменять скорость вращения якоря электродвигателя?

Скорость вращения якоря электродвигателя постоянного тока $\text{n}$ описывается уравнением: $n = \frac{U - I_{я} R_{я}}{k \Phi}$, где $\text{U}$ – напряжение питания, $I_{я}$ – ток якоря, $R_{я}$ – суммарное сопротивление цепи якоря, $\Phi$ – магнитный поток, а $\text{k}$ – конструктивная постоянная двигателя. Из этой формулы следует, что существуют три основных способа регулирования скорости вращения.
Способы изменения скорости вращения:
1. Изменение напряжения, подводимого к якорю ($\text{U}$). Скорость вращения $\text{n}$ приблизительно прямо пропорциональна напряжению питания $\text{U}$. Увеличение напряжения приводит к увеличению скорости, а уменьшение – к её снижению. Этот способ является основным и наиболее экономичным, особенно в современных системах управления с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
2. Изменение магнитного потока ($\Phi$). В двигателях с обмоткой возбуждения магнитный поток можно изменять, регулируя ток в этой обмотке (например, с помощью реостата). Скорость вращения $\text{n}$ обратно пропорциональна магнитному потоку $\Phi$. Следовательно, уменьшение магнитного потока (ослабление поля) приводит к увеличению скорости, а увеличение потока (усиление поля) – к её уменьшению.
3. Изменение сопротивления в цепи якоря ($R_{я}$). В цепь якоря можно последовательно включить дополнительное регулируемое сопротивление (пуско-регулирующий реостат). Увеличение этого сопротивления приводит к увеличению падения напряжения на нём, что уменьшает напряжение непосредственно на якоре и, как следствие, снижает скорость вращения. Этот способ прост в реализации, но неэкономичен, так как в дополнительном сопротивлении происходят большие потери энергии в виде тепла ($P_{\text{потерь}} = I_{я}^2 R_{\text{доп}}$).

Ответ: Скорость вращения якоря электродвигателя можно изменять путем: 1) изменения величины напряжения, подаваемого на якорь; 2) изменения магнитного потока (путем изменения тока в обмотке возбуждения); 3) введения дополнительного сопротивления (реостата) в цепь якоря.