Принцип действия и устройство коллекторных машин постоянного тока

Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока

Характерным признаком коллекторных машин является нали­чие у них коллектора — механического преобразователя перемен­ного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преоб­разователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной ма­шины должен протекать переменный ток, так как только в этом слу­чае в машине происходит непрерывный процесс электромеханиче­ского преобразования энергии.

Рассмотрим принцип действия коллекторного генератора посто­янного тока. На рис. 24.1 изображена упрощенная модель такого генератора: между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть генератора — якорь, вал которого посредством шкива и ременной передачи механически связан с приводным дви­гателем (на рисунке не показан) — источником механической энер­гии. В двух продольных пазах на сердечнике якоря расположена обмотка в виде одного витка аbсd, концы которого присоединены к двум медным изолированным друг от друга полукольцам, образую­щим простейший коллектор. На поверхность коллектора наложе­ны щетки А и В, осуществляющие скользящий контакт с коллекто­ром и связывающие генератор с внешней цепью, куда включена на­грузка сопротивлением Л.

Предположим, что приводной двигатель вращает якорь генера­тора против часовой стрелки, тогда в витке на якоре, вращающемся в магнитном поле постоянного магнита, наводится ЭДС, мгновен­ное значение которой

е = 2ВLv, а направление для положения якоря, изображенного на рис. 24.1, указано стрелками.

Рис. 24.1. Упрощенная мо­дель коллекторной машины

В процессе работы генератора якорь вращается и виток аЬcd за­нимает разное пространственное положение, поэтому в обмотке якоря наводится переменная ЭДС. Если бы в машине не было кол­лектора, то ток во внешней цепи (в нагрузке В) был бы перемен­ным, но посредством коллектора и щеток переменный ток обмотки якоря преобразуется в пульсирующий ток во внешней цепи генератора, т. е. ток, неизменный по направлению.

При положении витка якоря, показанном на рис. 24.1, ток во внешней цепи (в на­грузке) направлен от щетки А к щетке B. Известно, что ток во внеш­нем участке электрической цепи направлен от «плюса» к «минусу», поэтому нетрудно определить, что щетка А является положитель­ной, а щетка В — отрицательной. После поворота якоря на 180° (рис. 24.2, а) направление тока в витке якоря изменится на обрат­ное, так как проводники 1 и 2 поменяются местами. Однако поляр­ность щеток, а следовательно, и направление тока во внешней цепи(в нагрузке) останутся неизменными (рис. 24.2, б). Объясняется это тем, что в тот момент, когда ток в витке якоря меняет свое направ­ление, происходит смена коллекторных пластин под щетками. Та­ким образом, под щеткой А всегда находится пластина, соединен­ная с проводником, расположенным под северным магнитным по­люсом N, а под щеткой В — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом S. Благодаря этому поляр­ность щеток генератора остается неизменной независимо от про­странственного положения витка якоря. Что же касается пульса­ций тока во внешней цепи, то они намного ослабляются при увели­чении числа витков в обмотке якоря при их равномерном распреде­лении по поверхности якоря и соответствующем увеличении числа пластин в коллекторе.

I (а = 0) II (а = 90°) III (а = 180°) IV (а = 270°) V (а = 360°)

Рис. 24.2. К принципу действия генератора постоянного тока: ------ ЭДС и ток в обмотке якоря; - - - то же, во внешней цепи генератора

Дата добавления: 2015-05-10