Принцип действия электродвигателя постоянного тока.
Электрические машины, преобразующие электрическую энергию в механическую, называются электродвигателями. Подведем к рассмотренному ранее простейшему генератору питание от постороннего источника электрической энергии.
При положении рамки, показанном рисунке, ток проходит по стороне А и по стороне Б. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется по правилу левой руки: если держать ладонь левой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а вытянутые четыре пальца были обращены по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец укажет направление действия этой силы. Применив правило левой руки для рассматриваемого случая, определим, что на сторону рамки В действует сила F1 направленная вверх, а на сторону рамки А—сила F2 направленная вниз. Силы F1 и F2 называются парой сил. Под действием вращающего момента, создаваемого этой парой сил, рамка поворачивается против часовой стрелки. Дойдя до вертикального положения, рамка по инерции повернется дальше. Теперь щетка Щ1 касается уже коллекторной пластины К2, а щетка Щ2 — коллекторной пластины К1. Благодаря этому направление тока в рамке изменяется и образуется пара сил, под действием которой рамка продолжает поворачиваться против часовой стрелки. Таким образом, рамка, будет непрерывно вращаться. Рамка в данном случае работает в качестве электродвигателя.
Следовательно, машина постоянного тока обладает свойством обратимости и может работать как в качестве генератора, так и в качестве электродвигателя. Поэтому генераторы и электродвигатели имеют в принципе одинаковую конструкцию. Основными частями электрического двигателя постоянного тока являются якорь с обмоткой и коллектором и магнитная система, состоящая из остова двигателя и полюсов с катушками обмоток возбуждения. Подвод электрического тока к коллектору двигателя осуществляется щетками. Если требуется изменить направление вращения якоря, то необходимо пересоединить обмотки электродвигателя так, чтобы ток изменил свое направление в обмотке якоря или в обмотке возбуждения. При одновременном изменении направления тока в обмотках якоря и возбуждения направление вращения не изменится. В этом легко убедиться, использовав правило левой руки.
Тяговый двигатель тепловоза 2ТЭ10Л
8.3 Электрические машины переменного тока.
Увеличение массы поездов, скоростей движения требует применения более мощных локомотивов. При мощности до 2000 л. с, применение генераторов постоянного тока устраивает. Но уже к 1960 г. мощность увеличилась до3000 л. с. и более. Возросли размеры генераторов. Для надежной работы коллектора и щеток линейная окружная скорость поверхности коллектора не должна превышать 60—70 м/с. Это ограничивает увеличение диаметра коллектора и диаметра якоря генератора. Для предупреждения недопустимого искрения на коллекторе напряжение между соседними пластинами не должно превышать 30—35 В. Поэтому ограничивается длина витков обмотки якоря и длина якоря. Эта проблема решилась путем отказа от применения коллектора. Коллектор служит для выпрямления тока, поэтому отказ от него означает переход на электрическую машину переменного тока. На мощных тепловозах получили применение тяговые генераторы переменного тока с выпрямительными установками для питания постоянным током тяговых электродвигателей.
Переменным называют ток, который периодически изменяет свое направление и величину. Через определенный промежуток времени Т, называемый периодом, изменение тока точно повторяется.
Для получения в замкнутой электрической цепи переменного тока созданы источники электрической энергии, индуктирующие переменную электродвижущую силу. Они называются генераторами переменного тока.
В простейшем генераторе переменного тока проводники, выполненные в виде рамки, соединены своими концами с контактными кольцами. Кольца вращаются вместе с рамкой, по их поверхности скользят щетки, соединяющие генератор с внешней цепью. Сравнивая простейшие генераторы двух видов тока, видно, что их отличие в том, что коллектор генератора постоянного тока в генераторе переменного тока заменен контактными кольцами. Для индуктирования электродвижущей силы приведем рамку во вращение с постоянной скоростью от постороннего источника механической энергии. Возникающие в обеих рабочих сторонах рамки А и Б электродвижущие силы действуют согласно и суммируются в общую э. д. с. рамки. Как и в простейшем генераторе постоянного тока, схема работы которого показана на рис. 133, в рамке индуктируется периодически изменяющаяся по величине и направлению электродвижущая сила.
