1.2. Принцип действия машин постоянного тока

Изучив конструктивные элементы машины постоянного тока, легко понять и принцип ее работы, для чего обратимся к рис. 9,а. Возьмем один виток обмотки, концы активных сторон а и б которой присоединены к двум токоподводящим кольцам а’ и б’, и поместим его в магнитное поле по­люсов, установленных неподвижно в пространстве. К кольцам прилегают щетки 1 и 2, соединенные с приемником электрической энергии через внешнюю цепь. Очевидно, что виток вращается в магнитном поле против часовой стрелки сов­местно с кольцами.

Рис. 9. Принцип действия генераторов: а — переменного тока; б — постоянного тока

Работа электрической машины основана на единстве законов электромагнитной индукции и Ампера.

Так, если перемещать проводник длиной l, [м], со скоростью v, [м/с], перпендикулярно магнит­ным линиям поля с индукцией В, [Т], то в нем возникает ЭДС e[V], определяемая по формуле:

е = В∙l∙v. (2.2)

В замкнутой электрической цепи возникновение ЭДС e приводит к появлению тока i[А], совпа­дающего с ней по направлению. Индуцированный ток i, взаимо­действуя с магнитным потоком поля с индукцией В,[Т], приведет к появлению силы вы­талкивания проводника из магнитного поля F,[N], которая находится из уравнения:

F = B∙i∙l. (2.3)

Сила F представляет собой реакцию на внешнюю силу, пере­мещающую проводник в магнитном поле, направленную против нее. Направление ЭДС определяется по правилу правой руки, а направление электромагнитной силы F — по правилу левой руки.

Под действием ЭДС по внешней замкнутой цепи появляется переменный по величине и направлению ток (на рис.9 показан он стрелками), форма которого при синусоидальном характере из­менения магнитной индукции также синусоидальна. Таков прин­цип работы генератора переменного тока.

Данная электрическая машина может работать и в двига­тельном режиме, если во внешней цепи заменить потребители электрической энергии на ее источники. Принцип обратимости электрических машин был открыт Э. X. Ленцем в 1834 г.

Для того чтобы выпрямить переменный ток и получить во внешней цепи ток, постоянный по направлению, применяют специальное устройство — коллектор. С этой целью одно кольцо убирают, а другое разрезают, как показано на рис. 9,б. При этом щетки устанавливают так, чтобы их переход с одной пластины на дру­гую происходил в тот момент, когда наводимая в витке ЭДС равна нулю. В результате, по замкнутой цепи, присоединенной к щеткам, потечет выпрямленный ток, форма которого представлена на рис. 9.б.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока необходимо увеличить количество витков и расположить их симметрично по окружности якоря, соответственно увеличив число сегментов кольца, т.е. число коллекторных пластин.

Следует иметь в виду, что:

• у генератора, направление вращающего момента обусловленного силой F, противоположно направле­нию вращающего момента первичного двигателя, приводящего в движение якорь, т.е. первый момент является тормозным;

• у двигателя направление вращающего момента совпадает с на­правлением вращения якоря, но противоположно направлениям моментов сопротивления на валу двигателя, т.е. момент, обусловленный силой F яв­ляется движущим.