Номер 1, страница 219 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение:

1. «Применение электродвигателей постоянного тока в промышленности».

2. «Из истории создания электродвигателей».

1. «Применение электродвигателей постоянного тока в промышленности»

Электродвигатели постоянного тока (ЭДПТ) — это электрические машины, преобразующие электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию вращения. Несмотря на широкое распространение асинхронных двигателей переменного тока, ЭДПТ занимают незаменимые ниши в промышленности благодаря своим уникальным характеристикам.

Ключевыми преимуществами двигателей постоянного тока являются:

• Высокий пусковой момент: способность развивать значительное усилие с самого начала вращения, что критично для привода механизмов с большой инерцией или под нагрузкой.
• Широкий диапазон регулирования скорости: скорость вращения ЭДПТ легко и плавно регулируется в широких пределах путем изменения напряжения на якоре или тока в обмотке возбуждения.
• Хорошие динамические характеристики: быстрая реакция на изменение нагрузки и управляющего сигнала.
• Простота реверсирования: изменение направления вращения достигается простым изменением полярности напряжения на якоре или обмотке возбуждения.

Благодаря этим свойствам, ЭДПТ широко применяются в следующих отраслях промышленности:

Металлургия и металлообработка: ЭДПТ используются в приводах прокатных станов, где необходимы огромные моменты и точное регулирование скорости для получения проката нужной толщины и качества. Они также применяются в станках с ЧПУ (числовым программным управлением), обеспечивая точное перемещение рабочих органов (шпинделей, суппортов).

Транспорт: Исторически двигатели постоянного тока были основой электрической тяги. Они до сих пор используются в трамваях, троллейбусах, электропогрузчиках, карьерных самосвалах и тепловозах с электрической передачей. Высокий пусковой момент идеально подходит для трогания с места тяжелого транспорта.

Подъемно-транспортное оборудование: Краны, лифты, лебедки и конвейеры требуют высокого пускового момента для подъема и перемещения грузов, а также возможности плавно регулировать скорость. ЭДПТ с последовательным возбуждением отлично справляются с этой задачей.

Бумажная и текстильная промышленность: В этих отраслях двигатели постоянного тока приводят в движение намоточные и размоточные машины, где требуется точное поддержание натяжения материала, что достигается за счет точного контроля скорости и момента.

Робототехника и автоматизация: В качестве сервоприводов используются бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC). Они обеспечивают высокую точность позиционирования, скорость и компактность, что является ключевым требованием для промышленных роботов и манипуляторов.

Современные тенденции показывают смещение в сторону бесколлекторных двигателей постоянного тока, которые лишены недостатков традиционных коллекторных машин (износ щеток, искрение), обладая при этом большей эффективностью и надежностью. Однако классические коллекторные ЭДПТ по-прежнему остаются востребованными во многих специализированных приложениях благодаря своей простоте, ремонтопригодности и отличным регулировочным характеристикам.

Ответ: Электродвигатели постоянного тока применяются в промышленности благодаря высокому пусковому моменту и возможности плавного регулирования скорости. Основные сферы их применения: металлургия (прокатные станы), металлообработка (станки с ЧПУ), транспорт (электровозы, трамваи, электропогрузчики), подъемное оборудование (краны, лифты), а также в робототехнике и автоматизированных системах (в виде бесколлекторных двигателей).

2. «Из истории создания электродвигателей»

История создания электродвигателя — это цепь блестящих открытий и изобретений, которая превратила электричество из научного курьеза в главную движущую силу цивилизации.

Основополагающие открытия:

Все началось в 1820 году, когда датский физик Ганс Христиан Эрстед обнаружил, что электрический ток, проходящий по проводу, создает вокруг себя магнитное поле и отклоняет стрелку компаса. Это открытие установило фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом. Уже в 1821 году английский ученый Майкл Фарадей, основываясь на работе Эрстеда, создал первую примитивную модель, демонстрирующую непрерывное вращение под действием электромагнитных сил. Его устройство, состоящее из провода, подвешенного над магнитом в чаше с ртутью, считается прародителем всех электродвигателей.

Первые практические модели:

В последующие десятилетия многие изобретатели пытались создать практически применимый двигатель. В 1832 году Уильям Стёрджен представил первый электродвигатель постоянного тока с коммутатором, способный приводить в движение механизмы, хотя и был очень слабым. Прорыв совершил американский кузнец Томас Дэвенпорт. В 1834 году он сконструировал более мощный двигатель, а в 1837 году получил первый в США патент на «усовершенствование в приложении магнетизма и электромагнетизма для получения движущей силы». Он использовал свой двигатель для питания небольшого печатного станка. Однако в то время источником тока служили гальванические батареи, которые были дорогими и недолговечными, что сдерживало широкое распространение электродвигателей.

Эпоха генераторов и промышленного применения:

Ключевым моментом стало изобретение эффективного электрогенератора (динамо-машины). В 1873 году на Всемирной выставке в Вене произошло знаковое событие: рабочий по ошибке подключил провода от работающей динамо-машины Зеноба Грамма к другой, неподвижной. К всеобщему удивлению, вторая машина начала вращаться. Так была продемонстрирована обратимость электрических машин: один и тот же аппарат может работать и как генератор, и как двигатель. Это открытие показало путь к промышленному использованию электроэнергии.

«Война токов» и дальнейшее развитие:

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием. Фрэнк Спрэг в 1886 году создал первый практичный двигатель постоянного тока с постоянной скоростью вращения, что позволило применить его в промышленности, а также для создания первых в мире электрических трамваев и лифтов. Почти одновременно, в 1888 году, Никола Тесла изобрел асинхронный двигатель переменного тока и многофазную систему, которая была более эффективна для передачи энергии на большие расстояния. Это привело к знаменитой «войне токов» между сторонниками постоянного тока (Томас Эдисон) и переменного (Никола Тесла и Джордж Вестингауз). В итоге обе системы нашли свои области применения.

В XX веке с развитием силовой электроники появились новые возможности для управления двигателями, а изобретение бесколлекторных двигателей постоянного тока объединило надежность машин переменного тока с превосходной управляемостью двигателей постоянного тока, открыв новую страницу в их истории.

Ответ: История электродвигателя началась с открытия электромагнетизма Г.Х. Эрстедом в 1820 г. и первой вращающейся модели М. Фарадея в 1821 г. Первые практические двигатели постоянного тока были созданы У. Стёрдженом и Т. Дэвенпортом в 1830-х годах. Промышленное применение стало возможным после демонстрации обратимости динамо-машины в 1873 году. Конец XIX века был отмечен созданием практичных двигателей постоянного тока Ф. Спрэгом и изобретением асинхронного двигателя переменного тока Н. Теслой, что определило дальнейшее развитие электротехники.