23.Устройство, принцип действия и назначение машин постоянного тока

Наибольшее применение машины постоянного тока находят в качестве двигателей, где требуется широкое и плавное регулирование частоты вращения (прокатные станы, электрическая тяга на транспорте, мощные металлорежущие станки). Генераторы постоянного тока используются в различных транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием частоты вращения, в электролизной промышленности и т.д.), кроме того, они являются возбудителями и подвозбудителями крупных синхронных генераторов. Устройство простейшей машины постоянного тока и принцип ее действия. На рис. представлена простейшая машина постоянного тока. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор простейшей машины имеет два полюса (1) и ярмо (на рис. не показано). Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря (2) и коллектора (3). Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазах сердечника якоря. Обмотка якоря имеет один виток, соединенный с изолированными от вала двумя медными пластинами коллектора. Обмотка якоря соединяется с внешней цепью коллектором и щетками (4).Основной магнитный поток в машинах постоянного тока обычно создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S, и от него через ярмо снова к северному полюсу, преодолевая дважды воздушный зазор. Сердечники полюсов выполняются из электротехнической стали. Принцип действия генератора. При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС , где В – магнитная индукция,l – активная длина проводника,  - линейная скорость перемещения проводника. Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна . ЭДС Е_а является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щёткой всегда находится пластина, соединённая с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щёток и направление тока во внешней цепи неизменны. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи. В соответствии с принципом обратимости электрических ма­шин упрощенная модель машины постоянного тока может быть использована в качестве двигателя постоянного тока. Для этого необходимо отключить нагрузку генератора и подвести к щет­кам машины напряжение от источника постоянного тока.