УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЯВЛЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к учебным приборам по электротехнике и может быть использовано для демонстрации явления возникновения вращающегося магнитного поля в статорах электрических машин переменного тока, индукторах установок для обработки стройматериалов и конструкций, а так же при изучении электротехники студентами высших и средних специальных учебных заведениях, учащимися общеобразовательных школ.
Известен прибор для демонстрации хода изменения токов отдельных фаз трехфазного тока (см. а.с. 55927) SU, представляющий собой три отдельных сопротивления, подвижные контакты которых установлены на шарнирных рычагах и приводятся в возвратно-поступательное движение тремя коленами вала, расположенными друг относительно друга под углом 120°.
Известна учебная модель для демонстрации процессов, протекающих в двухфазных и трехфазных вращающихся магнитных полях (см. а.с. 81786) SU, состоящая из двух дисков с внутренним зацеплением, меньший из которых может перекатываться по внутренней поверхности большого диска и имеет три шипа, сдвинутые друг относительно друга на 120 и служащие осями поводков указательных стрелок.
Известно учебное наглядное пособие по математике и электротехнике (см. а.с. 91869) SU, содержащее экран с прорезями и стрелки, одна из которых составлена из трех взаимно перпендикулярных стрелок различной
окраски, а вторая составлена из двух стрелок, обращенных в разные стороны.
Известен учебный прибор по изучению трехфазного тока (см. а.с. 103741) SU, выполненный в виде щита с радиальными, расположенными под углом 120° прорезями, перекрываемыми помещенным за щитом поворотным диском с эксцентричным круглым вырезом.
Известно устройство для демонстрации вращающегося магнитного поля (см. а.с. 143598) SU, состоящее из макета статора с лампами накаливания, питаемыми от источника многофазного тока пониженной частоты.
Известен также прибор для демонстрации связи волновых и векторных диаграмм (см. а.с. 1008767 SU), содержащий две панели с нанесенными синусоидами, векторные стрелки и зубчатые направляющие рейки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является учебный прибор по изучению трехфазного тока (см. а.с. 103741, SU, G 09 B 23/18), представляющий собой щит, в котором сделаны радиальные, расположенные под углом 60°, узкие прорези. С задней стороны щита установлен поворотный диск, имеющий эксцентричный круглый вырез. Вместо выреза на диске может быть расположен круг, окрашенный в цвет, резко контрастирующий с цветом остальной поверхности диска. Прибор совмещен со схематической моделью генератора переменного тока и оборудован электрическими лампочками.
Однако известный учебный прибор не позволяет продемонстрировать связь между действительными направлениями токов в обмотках статора и магнитных потоков отдельных фаз статора машины.
Задача полезной модели изобретения в расширении демонстрационных возможностей прибора.
Сущность полезной модели заключается в том, что учебный прибор
для демонстрации явления возникновения вращающегося магнитного поля, включающий панель с радиальными, расположенными под углом 60°, прорезями, перекрываемыми помещенным за панелью поворотным диском, имеющим эксцентричный круглый вырез, при этом на лицевой стороне панели нанесены кривые мгновенных значений токов в фазах обмотки статора реальной машины, над которыми установлен визир с возможностью перемещения вдоль кривых, на визире расположены движки секционированных реостатов, установленных на обратной стороне панели и включенных в цепь электрических лампочек, размещенных в местах изображения обмоток статора; на одной стороне с поворотным диском перед панелью установлен прозрачный диск с изображением магнитного поля статора, а за панелью - шкив с натяжным механизмом, кинематически соединенный с визиром.
Известно размещение на лицевой стороне панели прибора изображения кривой мгновенных значений однофазного тока, над которым расположена подвижная рейка, являющаяся осью координат (см. а.с. 675441) SU. В данном случае подвижная рейка является лишь визиром для визуального отсчета величины тока в обмотке статора, в то время как в предложенном техническом решении на визире установлены движки секционированных реостатов, а кривые изображают мгновенные значения тока в фазах обмоток статора реальной трехфазной машины.
Известно размещение на панели электрических лампочек, однако они питаются многофазным током пониженной частоты (см. а.с. 143598) SU. В заявленном же изобретении питание лампочек осуществляется однофазным током низкого напряжения, что создает безопасные условия при пользовании прибором. Кроме того лампочки соединены по такой электрической схеме, которая позволяет продемонстрировать не только направление
тока в обмотках, но и величину его мгновенного значения.
Сущность полезной модели объясняется чертежом, где на:
фиг.1 - общий вид прибора спереди;
фиг.2 - то же, сзади;
фиг.3 - диск с изображением магнитного поля и вектора;
фиг.4 - электрическая схема прибора;
фиг.5 - действительные направления токов в обмотках, магнитных потоков фаз в пространстве машины для t=0.
A
B
C
Основой прибора является непрозрачная панель I, на которой слева изображены кривые 2, 3 и 4 мгновенных значений токов соответственно i, i, i, протекающих в фазах А, В и С обмотки статора машины переменного тока при ее работе. Над этими кривыми установлен с возможностью горизонтального перемещения визир 5, охватывающий панель I с обеих сторон. Справа на панели I схематически изображена электрическая машина 6 трехфазного переменного тока. В местах изображения обмоток статора 7 и 8 фазы А, 9 и 10 фазы В, 11 и 12 фазы С установлено по пять электрических лампочек 13, образующих в плане крест, представляющий собой общепринятый в электротехнике и физике знак направления тока "от нас".
В центре изображения электрической машины 6 в панели I выполнены радиальные сквозные прорези 14, расположенные друг относительно друга через 60°, а все вместе сдвинуты на 30° относительно расположения изображения обмоток сектора. Через точку пересечения прорезей 14 проходит ось 15, на которой перед панелью I установлен прозрачный диск 16 с изображением магнитного поля статора 17 и вектора 18 суммарного магнитного потока. Длина вектора 18 в полтора раза больше длины каждой из прорезей 14, а толщина значительно меньше ширины этих прорезей
14, чтобы при совпадении вектора 18 с прорезью 14 последняя им не закрывалась.
На этой же оси 15 за панелью 1 установлен контрастирующий по цвету с остальной поверхностью панели 1 круглый диск 19. Он установлен так, что ось 15 проходит через точку пересечения его диаметра с окружностью, а этот диаметр направлен параллельно вектору 18 и равен длине прорези 14. на конце оси 15 установлен шкив 20 с натяжным механизмом 21.
На обратной стороне панели 1 в верхней ее части установлены вспомогательные ролики 22 максимально разнесенные друг относительно друга. Через шкив 20 и ролики 22 пропущен тросик 23, к которому закреплен визир 5. На той же стороне панели 2 под визиром 5 расположены в горизонтальном положении секционированные реостаты 24, 25 и 26 так, каждый нижестоящий секционированный реостат смещен по длине относительно вышестоящего на 1/3 своей общей длины, а выходящая за пределы вышестоящего секционированного реостата часть секции нижестоящего секционированного реостата перенесена на другую его сторону и электрически соединена со своей секцией.
Диаметр шкива выбран так, что за один его оборот визир 5 проходит расстояние равное длине каждого из секционированных реостатов 24, 25 и 26. на визире 5 установлены движки 27, 28 и 29 соответственно реостатов 24, 25 и 26.
Лампочки 13 и секционированные реостаты 24, 25 и 26 распределены на три одинаковые группы, состоящих каждая из секционированного реостата и десяти лампочек относящихся к одной фазе. В каждой группе реостаты и лампочки электрически соединены между собой следующим образом. Лампочки собраны в три группы: две группы по четыре и одна и
одна группа в две лампочки. В каждой группе между собой лампочки соединены последовательно. Движок реостата соединен с одной из клемм 30 питания прибора. Группа лампочек по четыре штуки подсоединены к серединам секций реостата, группа лампочек в две штуки подсоединены ко второй клемме 31 питания прибора, а свободные концы всех трех групп лампочек соединены между собой. В местах изображения обмоток статора лампочек расположены следующим образом: лампочки из группы в две штуки в центре креста, а группы по четыре лампочки каждая, по краям креста.
Прибор работает следующим образом.
При перемещении визира 5 вдоль изображения кривых 2, 3, 4 мгновенных значений токов, протекающих в фазах, перемещается тросик 23 и поворачивает шкив 20 с осью 15. Сидящий на оси 15 круглый диск 19 буде поворачиваться вместе с осью 15 и открывать или закрывать прорези 14 соответственно изменению электрических величин, меняющихся в цепи переменного тока по синусоидальному закону. Одновременно будет поворачиваться диск 16 с изображением магнитного поля 17 статора и вектора 18 суммарного магнитного потока. При этом движки 27, 28 и 29 будут перемещаться каждый по своему секционированному реостату соответственно 24, 25 и 26. Чем ближе будет движок к средней точке секции реостата, тем ярче будут гореть лампочки этой группы, имитируя своей яркостью величину мгновенного значения тока и направление его "от нас" в данном положении визира 5. При переходе движка реостата на другую его секцию одна группа лампочек погаснет за исключением средней лампочки, а другая зажжется. Там где горел знак "от нас" будет гореть знак "к нам", а знак "от нас" загорится на противолежащем изображении обмотки статора.
Использование заявляемого учебного прибора расширяет демонстрационные возможности при изучении трехфазного переменного тока, а также принципа работы установок для обработки строительных материалов, изделий и конструкций вращающимся магнитным полем.