- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Устройство машины постоянного тока
- •13.3. Анализ работы щеточного токосъема
- •13.4. Обмотки барабанного якоря
- •13.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока
- •1Э.6. Реакция якоря
- •13.7. Коммутация в машинах постоянного тока
- •13.8. Генератор с независимым возбуждением
- •13.9. Самовозбуждение генераторов
- •13.10. Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением
- •13.11. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением
- •13.12. Режим двигателя
- •13.13 Двигатель с параллельным возбуждением
- •13.14. Двигатель с последовательным возбуждением
- •13,15. Двигатель со смешанным возбуждением
13.3. Анализ работы щеточного токосъема
Во вращающейся обмотке машины постоянного тока индуктируется переменная ЭДС, и для ее выпрямления необходим коллектор.
Процесс выпрямления ЭДС в машине постоянного тока удобно проследить на простейшем примере генератора постоянного тока (рис. 13.9, а), в котором отсутствует ферромагнитный сердечник якоря, магнитное поле главных полюсов однородное, а обмотка якоря представляет собой два отдельных витка 1 и 2, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях и подключенных к коллектору.
При вращении витков 1 и 2 с угловой скоростью со по часовой стрелке в них индуктируются ЭДС, положительное направление которых определяется правилом буравчика (см. рис. 2.5, б), а значение определяется по (2.15)
e1 = —= Emcost;
e2 = — = Emsint
где Ф1 = — Фmsint и Ф2 = Фmcost — нормальные к плоскостям витков 1 и 2 составляющие главного магнитного потока Фт.
Так как виток 1 подключен к пластинам 1 и 3, а виток 2 — к пластинам 2и 4 коллектора, то между этими пластинами будут напряжения
u13=e1= Emcost;
u24=e2= Emsinat;
При вращении по часовой стрелке внешняя цепь подключается к виткам 1 и 2 через неподвижные щетки, расположенные в вертикальной плоскости, и коллектор так, что за один оборот коллектора его пластины 3, 4, 1, 2, 3 последовательно контактируют со щеткой а, пластины 1, 2, 3, 4, 1 — со щеткой Ь. Следовательно, напряжение между щетками а и Ь, т. е. напряжение генератора постоянного тока, будет изменяться в соответствии с временной последовательностью их контактирования с пластинами коллектора uab = u31 , uab = u42 uab =u13 uab = u24 uab = u31 (рис. 13.9, б, сплошная линия), где
u31 = - u13 = -Emcost
u42 = - u24 = -Emsint
Если изменить направление вращения витков и коллектора, то, во-первых, изменится знак нормальной составляющей главного маг-
Рис. 13.9.
нитного потока к плоскости витка 1, т.е. Ф1 = Фm sint, а следовательно, и знак ЭДС, индуктируемой им в этом витке, ег =— = — Ет cos t;
во-вторых, за один оборот коллектора со щеткой а будут последовательно контактировать пластины 3, 2, 1, 4, 3, а со щеткой b — пластины 1, 4, 3, 2, 1. В соответствии с временной последовательностью контактирования коллектора со щетками будет изменяться и напряжение генератора постоянного тока: uab = u31 , uab = u42 uab =u13 uab = u24 uab = u31 (рис. 13.9, б, штриховая линия), где
u13= e1 = — Ет cos t;
u31= - u13 = Ет cos t;
u24= e1 =Ет sint;
u42= - u24 =-Ет sint;
Использование ферромагнитного якоря и полюсных наконечников позволяет получать равномерное распределение индукции В в воздушном зазоре б машины (рис. 13.10) и таким образом уменьшать пульсацию напряжения генератора. Если витки 1 и 2 генератора постоянного тока по схеме на рис. 13.9, а расположить в пазах якоря,
302
вращающегося в магнитном поле главных полюсов (р = 1) с полюсными наконечниками, то напряжение генератора (рис. 13.9, б) будет иметь меньшую пульсацию, чем при вращении этих витков в однородном магнитном поле (рис. 13.9, б).
Если число пар полюсов машины р больше 1, то соответственно должно быть увеличено и число щеток, чтобы соединять между собой параллельные ветви обмотки якоря. На рис. 13.11, а такое соединение показано для четырехполюсного (р = 2) генератора постоянного тока, в котором две одновитковые обмотки 1 и 2 соединены между собой параллельно. Индуктируемые в витках 1 и 2 одинаковые переменные ЭДС (e1= e2) изменяются с угловой частотой 2и выпрямляются с помощью коллектора (рис. 13.11,б).
В генераторе щетки и коллектор необходимы для выпрямления переменной ЭДС витков обмотки якоря. В двигателе коллектор и щетки
Рис. 13.11.
обеспечивают постоянство направления вращения якоря. Во всех проводниках параллельных ветвей обмотки якоря ток один и тот же: I = Iя/2a, где а — число пар параллельных ветвей. Если на все эти проводники действует электромагнитная сила одного и того же направления, то двигатель развивает наибольший вращающий момент. Когда же проводник переходит из области одного полюса в область другого, то одновременно щетки и коллектор производят переключение в нем направления тока. Благодаря этим переключениям сохраняется неизменным направление вращающего момента.