串激式馬達實驗

我們熟知的馬達都需要一組場磁鐵

那如果場磁鐵直接用電磁鐵呢？

當然可以，那就是串(並)激式馬達

基本原理和教具實驗可以看這篇

這種東西通常都會出現在需要高扭力和高轉速並行的電器裡面

例如果汁機和高價位的電鑽

馬達功率通常都很大，加上沒有負載的情況下轉速會非常快

因此8年前寫這篇介紹的時候不敢直上AC110V

這麼大的功率(轉速)會出事的

但現在我可以用容抗電路降功率操作了~~

串激式因為場磁鐵(電磁鐵)和電樞共用一組電源

因此改變電流方向就會同時改變場磁鐵和電樞電流方向

轉動方向就會維持不變

因此不管接直流或交流結果都一樣

是很方便的一種馬達

實驗影片如下

風扇的外觀

馬達絕對是我們生活中最常見的電器之一

從最早的法拉第馬達(還可以做成漂漂船)

到教科書裡說的直流電刷馬達(原理教具可以看這篇)

但實際上我們日常生活中最常見的其實是交流單相感應式馬達(原理教具可以看這篇)

當然也有上一篇提到的蔽極式馬達

加上電腦風扇常用的直流無刷馬達(原理、電路模型)

種類非常多(之後再慢慢補充)，也適用在不同場合

必須了解構造和原理才能真正有效的去運用

但怎麼區分呢？

外觀當然是最簡單的

看看以下三個大小不同的風扇

你覺得是相同原理設計的嗎？

拆看看看就知道

小風扇和中風扇的轉子內圈都有一層黑色的東西

這其實是永磁，但磁極分布很特別

可以參考上述直流無刷馬達的原理篇

電路板上也可以看到霍爾

但線圈的設計就不一樣了

小風扇為了爭取空間，將兩組線圈放在一起

中風扇就分開放置了(效能和轉矩都可以提高許多)

那這個大風扇呢？

這個大風扇是直插110V交流電的

轉子明顯和感應式馬達一樣是鼠籠式的

線圈有兩個(可能是獨立也可以能是串聯)

乍看之下很像單相感應式，但沒有啟動電容

仔細看就會發現矽鋼片內有兩個短路線圈在相對位置

沒錯~~其實這是蔽極式馬達

知人知面不知心啊!!

高功率容抗降壓(限流)電源

為了接下來家電醫生的外掛課程設計了另一個高功率的容抗降壓(限流)電源

基本上家電都要吃AC

但有些高功率電器要演示實在危險

所以降功率才會比較安全

怎麼降？限流就是最老的方法

之前已經改裝過一個低功率的容抗降壓電源

相關原理也可以參考這篇

但無法驅動高功率家電

因此這次將電容並聯三個，最大電流將近1A

這樣100W功率應該就夠大了

再大上去就更危險

實測若是阻性負載，PF只有0.62實在不好看

但如果後端配一個對應感值的電感式負載(例如線性變壓器)

PF就會拉高到0.84了

可以對照單純只有變壓器時PF為0.68

蔽極式馬達的原理

之前介紹過單相感應式馬達

另外，蔽極式馬達(shaded-pole motor)也是很常見的交流馬達

相關原理在教科書中已經說明得很詳細，就不再贅述

想複習的可以看這個影片

基本上短路線圈很重要的功能就是模擬一個旋轉的磁場

這樣就能讓內部的轉子產生感應而旋轉

所以蔽極式馬達基本上也是感應式馬達的一種

只是蔽極式馬達若要改變轉向就要將短路線圈換位置

如下兩個蔽極式馬達

短路線圈位置不同，轉向就不一樣

這是逆時針旋轉

這是順時針旋轉

那如果沒有短路線圈呢？

那就像是單向感應式馬達沒有啟動線圈一樣

一開始是不會旋轉的

但只要你讓轉子旋轉某個方向，線圈就會讓他持續旋轉下去

我們將黑色馬達的短路線圈拆掉

直接實驗給你看

影片如下

基本電路的實驗

基本電路連接的實驗已經改版過許多次

包含水流模型、電流急急棒、串並聯實驗、基本電路連接與電表操作等...族繁不及備載

給學生LED、小燈泡、蜂鳴器三種電器

讓他們練習無極性電器和有極性電器的連接

還有LED和蜂鳴器的串並聯

但給的任務不是直接說明串並聯，而是如何「同時」讓LED亮、蜂鳴器響

有些同學不到20分鐘就完成了任務

當然就是讓他們去指導其他組

這些男生們很有成就感呢~~(終於有機會展現)

                                         

同時也有另一組學生給我看了一個他覺得很神奇的現象

他們將LED和蜂鳴器串聯後，又將燈泡和LED並聯

結果LED滅了，但蜂鳴器更響了

但他預期的燈泡卻沒亮

我問他們自己的想法

「我覺得燈泡像一條導線，所以LED不亮了」我的小老師回答

好樣的~~竟然可以得到這個答案

他甚至直接用導線做了實驗給我看證實他的想法

「但這是一個燈泡，為甚麼會跟導線有一樣的效果？」我問他

他語塞了

但卻引出我接下來要做的另一個實驗

我鼓勵他能這樣解釋已經很了不起了

至於為甚麼？下集分解

線控風力車

這個也是為了玩具醫生培訓課程特製的線控風力車

在維修遙控車時候其實很常無能為力

遇到需要對頻的遙控裝置，真的只能放生

但看到小朋友失望的表情

通常我們只能想辦法讓他再度重生

線控就是一個常用的模式

結合之前設計的風力反作用力車

就可以讓參加的學員練習如何設計線控裝置

連電池盒都自己製作

同時也練習電池觸片的使用

一舉兩得喔

                                        

設計了兩個版本

一個是電池在遙控車上，需要拉兩組線

另一個是電池就在遙控器上

這樣就只需要一組線

影片如下