4.2. Принцип работы г.П.Т. Роль коллектора

В основе работы Г.П.Т. лежит закон эл. магнитной индукции, открытый М. Фарадеем. Если перемещать проводник так, чтобы он перерезал магнитные линии, то в проводнике наводится ЭДС , направление которой можно определить правилом правой руки.

Если якорь Г.П.Т. вращается первичным двигателем в неподвижном магнитном поле главных полюсов, то в витках его обмотки индуктируются переменные ЭДС .

Форма полюсных наконечников обеспечивает в зазоре синусоидальное распределение магнитной индукции: , где α – пространственный угол смещения витков якоря.

При вращении якоря в таком магнитном поле индукция ЭДС витков будут также синусоидальны, но во времени, т.е. .

Для простоты рассмотрим простейшую обмотку якоря, состоящую из одного витка. Если концы такого витка присоединить через кольца и щетки к внешней нагрузке, то в цепи потечет синусоидальный переменный ток.

Чтобы выпрямить этот ток во внешней цепи, применяют коллектор.

Простейший коллектор представляет собой два изолированных полукольца, к которым присоединены концы витка. На полукольца наложены щетки, неподвижные в пространстве, к которым присоединена внешняя цепь R. Благодаря полукольцам щетка соприкасается с той стороны витка, которая находится под одним и тем же определенным полюсом. Например, щетка «А» соприкасается и со стороной «а» и со стороной «в» витка, когда они находятся в нашем примере под северным полюсом «N». Это приводит к тому, что полярность щеток не меняется и через R течет ток одного направления, правда пульсирующий, с максимальной величиной пульсации, равной 100%: . Чтобы уменьшить пульсацию, на якоре располагают симметрично несколько витков.

Для W=2 () ε%=17,2%

Для W=3 () ε%=7,2%

При большем числе витков пульсация становится весьма незначительной, во внешней цепи течет постоянный ток.

3. Кольцевой и барабанный якорь. Виды обмоток

Проследим работу М.П.Т. в режиме генератора с простейшим кольцевым якорем.

Кольцевой якорь – это полый цилиндр, набранный из листовой ЭТ-стали, который обвит непрерывной спиральной обмоткой, составляющей замкнутый контур. При вращении якоря в магнитном поле полюсов ЭДС индуктируются только в проводниках, расположенных с внешней стороны якоря. Проводники внутренней стороны якоря, а также торцевые или лобовые соединения магнитных линий не пересекают и ЭДС в них не индуктируются. Они играют роль только соединительных проводников. В этом – неэкономичность колец якоря.

ЭДС в витках обмотки, движущихся под северным полюсом, противоположны ЭДС витков, движущихся под южным полюсом. В силу симметрии эти ЭДС в замкнутой обмотке якоря уравновешиваются, и при отсутствии внешней нагрузки никакого внутреннего тока в обмотке не возникает.

Но если в местах раздела обмотки на две параллельные ветви установить щетки и соединить их с внешней нагрузкой, то по отношению к ней эти ЭДС будут действовать параллельно и согласно, и через нагрузку потечет постоянный ток .

Приспосабливать обмотку якоря для непосредственного контакта нецелесообразно. Поэтому применяют коллектор, пластины которого соединяют специальными проводниками с каждым витком обмотки, и на коллектор накладывают щетки. Эл. схема остается той же самой, т.е. щетки и коллектор делят обмотку кольцевого якоря также на две параллельные ветви.

В силу неэкономичности (более половины длины обмотки не участвует в образовании ЭДС) кольцевой якорь сейчас практически не применяется и заменяется барабанным якорем. В последнем обмотка укладывается в пазы только с внешней стороны, и вся (за исключением лоб. частей) участвует в образовании ЭДС .

При образовании витка обмотки целесообразно соединять между собой стороны витка, лежащие под разными, но соседними полюсами. Тогда виток будет пронизываться полным потоком полюса, и ЭДС в нем будет максимальна.

При числе полюсов >2 (4; 6; 8…) возможны два вида обмоток: петлевая и волновая.

При петлевой, или параллельной обмотке, образовавшийся виток из двух проводников, третий проводник присоединяют, вернувшись под исходный полюс.

Здесь характерно соотношение а=р, где а – число пар параллельных ветвей; р. – число пар параллельных полюсов. Петлевая обмотка применяется в Г.П.Т. сравнительно небольшого напряжения, но относительно большого тока. При волновой, или последовательной обмотке, образовав виток из двух проводников, третий проводник присоединяют под следующим по порядку полюсом, а не возвращаются под исходный. Здесь, а≠р. Волновая обмотка применяется в Г.П.Т. достаточно высокого напряжения, но относительно малого тока.