Принцип действия и устройство машин постоянного тока п ринцип действия генератора

Рассмотрим принцип действия простейшего генератора. Между двумя полюсами N и S магнита помещен виток, намотанный на стальной цилиндр (рис. 5, а). Концы витка присоединены к двум коль­цам, на которых установлены неподвижные щетки А и Б. Силовые линии поля направлены радиально по отношению к стальному ци­линдру. Воздушный зазор между полюсами и цилиндром везде оди­наков. При такой конструкции направление движения проводника всегда перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий, а магнитная индукция в воздушном зазоре распределена равномерно.

Рис. 5. К объяснению принципа действия простейшего генератора переменного тока: а) – схема генератора; б) – график э.д.с.

Если при помощи какой-либо внешней силы цилиндр вместе с вит­ком вращать в магнитном поле полюсов, то в соответствии с законом электромагнитной индукции в активных сторонах ав и вг витка индуктируются переменные по величине и направлению э. д. с. Когда виток абвг расположен горизонтально, э. д. с. в нем не возникает, так как виток движется в пространстве вне сферы действия магнит­ного поля полюсов. Когда же виток движется под полюсами, в его ак­тивных сторонах наводятся э. д. с, направления которых могут быть определены по правилу правой руки. Так, если сторона аб витка движется под северным полюсом, то э. д. с. здесь направлена за плоскость чертежа; в это время в проводнике вг э. д. с. направлена противоположно. Про­цесс изменения во времени индук­тированной в витке э. д. с. иллю­стрируется графиком, изображен­ным на рисунке 5, б.

Для выпрямления тона приме­няют специальное устройство - коллектор. Простейший коллектор представляет собой два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы вращающегося в магнитном поле витка.

Рис. 6. К объяснению принципа действия Рис. 7. Принципиальная схема

простейшего генератора постоянного униполярной машины постоянного

тока: а) схема генератора; б) график э.д.с тока

Щетки на коллекторе устанавливают так, чтобы они переходили с одного полукольца на другое в тот момент, когда индуктируемая в витке э. д. с. равна нулю.

Щетка А соприкасается всегда с тем полукольцом, провод от кото­рого проходит под северным полюсом, а щетка Б — с полукольцом, провод от которого проходит под южным полюсом. Поэтому во внеш­ней цепи ток проходит в одном направлении: от положительной (+) щетки Б к отрицательной (-) щетке А. График выпрямленной э. д. с. изображен на рисунке 6, б.

Выпрямленный ток имеет пульсирующий характер. При одном витке значения э. д. с. и тока изменяются от нуля до максимума. Увеличение числа витков, намотанных на барабан, и коллекторных пластин снижает пульсацию выпрямленных тока и э. д. с. Так, в двухполюсной машине с коллектором из 16 пластин пульсация э. д. с. составит менее 1%.

Существуют и бесколлекторные машины постоянного тока, напри­мер униполярные. Если в магнитном поле при помощи внешней силы вращать металлический диск, то в нем будет индуктироваться э. д. с. (рис. 7). Применив правило правой руки, можно убедиться, что вра­щению диска по часовой стрелке соответствует направление э. д. с. от оси диска к его периферии. Если к щеткам, установленным на оси и по окружности диска, присоединить нагрузку, то в цепи появится постоянный ток.

Для современных униполярных машин, используемых в специ­альных установках, характерны сравнительно небольшие напря­жения (3 - 7 В), но весьма значительные токи (до 150 000 А).