6.1.2. Принцип действия двигателя постоянного тока
Схема включения двигателя постоянного тока показана на рис. 6.1.8. Здесь РМ – рабочий механизм, приводимый в движение электрическим двигателем.
Обмотка возбуждения двигателя постоянного тока подключена к источнику постоянного напряжения Uв. Постоянный ток обмотки возбуждения Iв создает постоянное магнитной поле с магнитным потоком Фв. Магнитный поток замыкается в магнитной цепи машины по путям, обозначенным на рис. 6.1.2 пунктирными линиями. Магнитный поток возбуждения пронизывает обмотку якоря двигателя постоянного тока.
Рис. 6.1.8. Схема включения двигателя постоянного тока
Обмотка якоря также подключена к источнику постоянного напряжения U, под действием которого в ней возникает ток якоря Iя. Через скользящий щеточный контакт ток якоря подается в его обмотку таким образом, что его направление в проводниках, расположенных в зоне одного полюса, оказывается всегда постоянным (под северным полюсом – одного направления, под южным – другого). В соответствии с явлением силового действия магнитного поля на проводники обмотки якоря с током, находящиеся в магнитном поле возбуждения, действует электромагнитная сила. Направление действия силы определяется правилом левой руки.
На рис. 6.1.9 схематично показана верхняя часть якоря, находящаяся в магнитном поле возбуждения под северным полюсом. Обмотка якоря упрощенно представлена несколькими проводниками круглого сечения.
Рис. 6.1.9. Принцип действия двигателя постоянного тока
Направление тока в проводниках обмотки якоря определяется полярностью подключения ее к источнику постоянного напряжения. На рис. 6.1.9 ток обмотки якоря обозначен крестиком, что соответствует направлению за плоскость рисунка. Направление магнитного потока определяется направлением тока в обмотке возбуждения (полярностью подключения обмотки возбуждения).
При указанных на рис. 6.1.9 направлениях магнитного потока возбуждения и тока якоря на проводники обмотки якоря действует электромагнитная сила, направленная влево. Силы, действующие на каждый проводник обмотки якоря, складываются и создают электромагнитный вращающий момент МЭМ, приводящий якорь во вращение с частотой вращения n. При этом якорь, вращая рабочий механизм, совершает механическую работу. Таким образом, энергия электрического тока, подведенная к двигателю, преобразуется в механическую энергию.
Для изменения направления вращения двигателя достаточно изменит полярность подключения обмотки якоря или обмотки возбуждения.
При вращении якоря ДПТ проводники обмотки якоря движутся в магнитном поле возбуждения. При этом в обмотке якоря индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. В двигателе эта ЭДС направлена противоположно току и напряжению якоря (рис. 6.1.9) и компенсирует приложенное напряжение.
6.1.3. Принцип действия генератора постоянного тока
Схема включения генератора постоянного тока показана на рис. 6.1.10. Здесь Д – приводной двигатель, вращающий вал генератора.
Рис. 6.1.10. Схема включения генератора постоянного тока
Обмотка возбуждения генератора постоянного тока подключена к источнику постоянного напряжения Uв также, как в ДПТ. Постоянный ток обмотки возбуждения создает постоянное магнитной поле с магнитным потоком Фв. Магнитный поток замыкается в магнитной цепи машины по путям, обозначенным на рис. 6.1.2 пунктирными линиями. Магнитный поток возбуждения пронизывает обмотку якоря генератора постоянного тока.
Якорь генератора вращается приводным двигателем Д (турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.п.) с частотой вращения n. Проводники обмотки якоря, вращаясь вместе с ним движутся в магнитном поле возбуждения. При этом проявляется индукционное действие магнитного поля. Согласно закону электромагнитной индукции в таких проводниках индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. На рис. 6.1.11 при указанных направлениях магнитного потока и вращения якоря ЭДС e в проводниках обмотки якоря направлена вдоль проводника за плоскость рисунка. Это направление обозначено крестиком.
Рис. 6.1.11. Принцип действия генератора постоянного тока
Конструкция обмотки якоря такова, что все ее проводники соединены последовательно. При этом ЭДС всех проводников складываются и создают разность электрических потенциалов, которая через пластины коллектора и щетки подается к зажимам генератора. На зажимах обмотки якоря генератора создается напряжение U. Если к зажимам обмотки якоря генератора присоединить приемник электрической энергии с сопротивлением Rп , то образуется электрическая цепь, в которой под действием напряжения U возникает ток IЯ , который замыкается в приемнике. Таким образом, генератор постоянного тока, потребляя от приводного двигателя механическую энергию, отдает электрическую энергию электроприемникам во внешнюю электрическую цепь, т.е. преобразует механическую энергию в электрическую.
Ток IЯ замыкается во всех проводниках обмотки якоря. При этом согласно явлению силового действия магнитного поля на каждый проводник с током, находящийся в магнитном поле возбуждения, действует электромагнитная сила FЭМ. Направление действия силы определяется правилом левой руки. Как видно на рис. 6.1.11, электромагнитные силы, действующие на проводники обмотки якоря, создают тормозной электромагнитный момент, направленный навстречу вращению якоря. Этот электромагнитный момент уравновешивает механический момент приводного двигателя.