Общие понятия об устройстве машин постоянного тока и принципе их действия

У машины постоянного тока нормального исполнения цилиндрический ротор с расположенной на нем обмоткой, называемый якорем, вращается в неподвижном магнитном поле (рис. 58). В витках 1-3 и 2—4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС, для получения неизменного направления тока i в сопротивлении нагрузки r применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки a − b. Наличие коллектора является отличительной особенностью машины постоянного тока. К его пластинам присоединяются начала и концы витков обмотки. Стороны витков, расположенные за плоскостью рисунка, условно показаны штриховыми линиями Обмотку якоря выполняют из медной изолированной проволоки, в машинах большой мощности — из медных стержней. Обычно обмотка якоря состоит из отдельных якорных катушек, которые обматываютизоляционными лентами из миканита, асбеста, стеклоткани или хлопчатобумажной ткани и укладывают в пазы якоря. В каждом пазу укладывают обычно две стороны различных якорных катушек, одна поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам.б)

В положении, показанном на рис.58, а, между щетками будет максимальная ЭДС, так как стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно. При дальнейшем вращении эта ЭДС начнет убывать. После поворота якоря на 45° (рис.58,б) щетки перейдут с пластин 1-3 коллектора на пластины 2—4 и подключатся к следующему витку. ЭДС в нем будет сначала возрастать до максимума, а затем начнет уменьшаться, пока щетки снова не перейдут на пластины 3-1; ЭДС снова начнет возрастать и т.д. Рост и уменьшение ЭДС происходят за время, соответствующее повороту якоря на угол π (Рис59), на протяжении этого времени каждая щетка касается одной и той же коллекторной пластины.

. Рис. 58 Простейший генератор с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами

Пульсации ЭДС (и тока) вредно сказываются на работе приемников и самого генератора. Для их уменьшения увеличивают число витков, в которых индуктируются ЭДС, и число коллекторных пластин.

В соответствии с принципом обратимости машина постоянного тока может работать как генератор и как двигатель. В любом случае проводники пересекают линии поля и в них возникает ЭДС. Одновременно на проводники с током в магнитном поле воздействуют электромагнитные силы.

Рис. 59. ЭДС генератора с четырьмя коллекторными пластинами

Генератор преобразует механическую энергию, которая подводится к валу первичным двигателем, в электрическую, потребляемую приемником, включенным на его зажимы. Механическое усилие первичного двигателя (рис. 60,а) приводит проводники якоря в движение с некоторой скоростью υ. Возникающая ЭДС E вызывает ток I такого же направления и должна преодолеть падение напряжения в обмотке якоря и сопротивление нагрузки:

где U - напряжение на зажимах генератора или приемника; r_я - сопротивления цепи якоря.

Электромагнитная сила F_эм действующая на проводники с током,

оказывает противодействие усилию F первичного двигателя. В установившемся режиме при постоянной скорости эти силы равны:

В двигателе протекание тока в обмотке якоря обусловлено приложенным напряжением U, направление которого совпадает с направлением тока (рис. 60,б). На проводники с током действует электромагнитная сила F_эм приводящая в движение якорь со скоростью υ. При том же направлении тока, что и в генераторе, направление движения будет противоположным. Возникающая в проводниках при пересечении линий поля ЭДС оказывается противоположной току, а, следовательно, и напряжению U, которое должно преодолеть эту ЭДС и падение напряжения в обмотке якоря:

Рис. 60 - ЭДС, токи и механические силы в проводнике обмотки якоря генератора и двигателя постоянного тока

При постоянной скорости электромагнитная сила должна преодолевать силу сопротивления F_сопр на валу двигателя.

Дата добавления: 2014-01-06