III Машины постоянного тока

3.1. Устройство и принцип действия машин постоянного тока

Машины постоянного тока широко используются в качестве источника постоянного тока, либо преобразователя электрической мощности в механическую. Первая машина работает в режиме генератора, вторая в режиме двигателя. Двигатели постоянного тока широко используются в регулируемом электроприводе.

Работа этих машин основана на двух законах:

1. Закон электромагнитной индукции

,где

- индукция,

- длина проводника,

- линейная скорость,

2. Закон электромагнитных сил:

,где

- сила воздействия на проводник

- ток в проводнике,

ЭДС, наводимая в проводнике, получается за счет того, что проводник пересекает магнитное поле со скоростью .

Поэтому в реальной машине должно быть две основные части:

первая часть – создает магнитный поток,

вторая часть – в которой индуктируется ЭДС.

Первая часть в машине постоянного тока неподвижна. К станине (1) крепятся шматованные полюса (2) на которых располагается обмотка возбуждения (3) (рис. 1).

Обмотка возбуждения создает магнитный поток при протекании по ней постоянного тока.

Вторая часть – якорь. Якорь вращается. Представляет собой цилиндр набранный из листов электротехнической стали (4).В наружной части якоря расположены пазы, где укладываются секции обмотки (5). Каждая секция соединяется с пластинами коллектора (6). Коллектор служит для выпрямления переменной ЭДС в постоянную величину (режим генератора). Эта ЭДС снимается с помощью щеток (7), рис. 2.

Рассмотрим принцип выпрямления:

рис. 1 (рис. 3,4). Виток (8) подсоединен к двум

кольцам и вращается в магнитном поле. При вращении витка в проводниках (1,2) будет наводится переменная ЭДС (под северным полюсом одно направление, а под южным другое).Снятое со щеток напряжение будет иметь синусоидальный характер (рис. 3).

Если кольцо разрезать пополам и подсоединить к ним проводники (1,2) то это уже будет элементарный коллектор – выпрямитель, (рис. 4).Независимо от того,

рис. 2 какое полукольцо с проводником (1) или (2) подойдет к нижней щетке, направление ЭДС, снимаемое нижней щеткой, будет одним и тем же. Для внешней цепи плюс будет на нижней щетке, а минус на верхней. При о дном витке выпрямленная ЭДС будет иметь большую пульсацию. При увеличении числа витков (коллекторных пластин) пульсация резко уменьшается, (рис. 5).

Пульсация ЭДС характеризуется величиной – .

и зависит от числа коллекторных пластин на полюс. При одном витке (одной коллекторной пластине на полюс) пульсация составляет .

рис. 3

,

При одном витке , , т. е. с увеличением числа коллекторных пластин на полюс пульсация ЭДС резко снижается :

если , то на (рис. 5) видно, что при двух витках ( )

рис. 4

, то пульсация ЭДС резко снижается.

, то

Из всего сказанного следует, что коллектор является той частью машины, которая преобразует

рис. 5 машину переменного тока в машину постоянного тока.