Увеличение коэффициента полезного действия соленоидного двигателя

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа № 14»
Увеличение коэффициента полезного
действия соленоидного двигателя
г. Прокопьевск, 2015
План исследований
Изучая на уроках физики различные физические явления, меня наиболее заинтересовал
электромагнетизм. Я стала читать множество различной литературы. Изучая историю
электромагнетизма, я прочитала об изобретении первого электродвигателя. Я стала
изучать
различные виды электромагнитных двигателей, и в одной из энциклопедий
прочитала о соленоидном двигателе. Удивившись, насколько прост может быть принцип
работы электромагнитного двигателя, я решила собрать его прототип. Для этого я начала
искать комплектующие и детали. Вместо соленоида с ферримагнитным сердечником я
решила использовать активатор для автомобильных дверей. Также для работы мне
понадобились контакт, кулачок, проволока, маховик, подставки, крепежи. Первым этапом
я собрала саму конструкцию двигателя. Затем я подключила электрическую схему и
начала регулировку. Отрегулировав всю систему, я запустила двигатель.
Двигатель
рассчитан на напряжение 12 Вольт, но мне показалось, что для такого напряжения он
выдает малое количество оборотов. Я решила измерить его коэффициент полезного
действия. Для этого я изучила различные методы измерения КПД.
1) Измерю напряжение и силу тока на входе в двигатель, для этого использую
амперметр и вольтметр. Таким образом, я найду мощность на входе двигателя.
2) Затем я измерю число оборотов за 10 секунд и найду частоту вращения двигателя.
3) Следующим этапом мне нужно рассчитать тормозящий момент, для этого подберу
грузик, под тяжестью которого двигатель перестает работать. Найду силу, которая
действовала на двигатель с помощью формулы: F= mg. И перемножу эту силу с
радиусом маховика, на который подвешивала грузик.
4) Вычислю мощность на выходе.
5) Отношение мощности на выходе к мощности
коэффициентом полезного действия.
на входе
двигателя и будет
Выполнив все эти расчеты, получила коэффициент полезного действия первого двигателя
равным 0.2%. Я задумалась о причине столь маленького значения. Изучив литературу, я
пришла к выводу, что хоть движение по инерции является равномерным, но в данном
двигателе из-за большого трения, это движение можно назвать равнозамедленным. И так
как ¾ всей работы двигателя происходит именно этот вид движения, коэффициент
полезного двигателя очень низок. Поняв причину низкого кпд, я задумалась о частичном
решении этой проблемы. Для этого нужно было уменьшить время движения по инерции.
Это было возможно сделать, если каждый такт менять полярность на соленоид с
ферромагнитным сердечником. Для этого я создала новую электрическую схему.
Рис.1 – Электрическая схема двигателя.
Теперь, в первом такте работы электрический ток, протекая через 1-й и 2-й контакт,
подают
плюс на W-сторону катушки, а минус на N- сторону. В катушке возникает
магнитное поле, и она втягивает сердечник. Во втором такте работы, первые 2 контакта
размыкаются, а 3-й и 4-й контакт замыкаются. При этом они подключены к схеме так, что
плюс теперь подается на N-сторону а минус на W-сторону. В катушке снова возникает
магнитное поле, но уже в противоположную сторону, сердечник отталкивается от
катушки и все повторяется по тактам.
Рассчитав кпд усовершенствованной модели, я выяснила, что он составляет 1.1 % . Это
по-прежнему очень низкое значение, но в 5.5 раз больше значения КПД в 1-м двигателе, а
значит, благодаря новой электрической схеме и увеличенному числу контактов, можно
увеличить кпд соленоидного двигателя.
Моя установка уже нашла свое применение. Она является достойным экспонатом
школьного музея занимательной физики «Вечный двигатель».
Ссылка на видео: https://www.youtube.com/watch?v=egsNI5E6Uqk