Постоянного тока

В практике под постоянным током понимают такой ток, направление которого не меняется. Для получения постоянного тока необходимо, чтобы одна из щеток все время касалась тех проводников, которые перемещаются под северным полюсом, а другая - тех, которые перемещаются под южным. На рис. 1.5.а). представлена принципиальная схема работы генератора постоянного тока. Вращающаяся обмотка 3 якоря, в которой генерируется э.д.с., представлена одним витком, состоящимиз двух проводников: ab и cd. Концы проводников b и d соединены вместе, другие (а и с) подключены к полукольцам 4, изолированным друг от друга и вращающимся вместе с обмоткой. Магнитные полюса 2 и щетки 1 неподвижны. Наличие полуколец (коллектора), соединенных с проводами, сдвинутыми на 180°, обеспечивает неизменные направления э.д.с. и тока во внешней цепи.

Рис.1.5.

Величина тока будет изменяться, как показано на рис.1.5. б). Следовательно, генератор с одним вращающимся витком вырабатывает постоянный пульсирующий ток.

Таким образом, рассмотренный простейший генератор обладает двумя существенными недостатками:

– его напряжение мало по величине;

– он имеет высокую степень пульсации.

Первый недостаток можно устранить путем увеличения числа витков в катушке и усиления магнитного поля (увеличения магнитной индукции). Последнее достигается вследствие укладки катушки в пазы стального цилиндра. Этот цилиндр вместе с обмоткой (катушкой) называется якорем.

Второй недостаток устраняется благодаря тому, что обмотка на якоре разделена на несколько катушек, определенным образом смещенных одна относительно другой и соединенных последовательно. При этом пульсации э.д.с. уменьшаются, а величина ее возрастает.

Рис.1.6. Генератор с радиальной (а) и развернутой (б) схемами обмотки:

I – корпус; II – полюс; III – обмотка возбуждения; IV – якорь;

V – коллекторная пластина.

На рисунке 1.6. показан простейший генератор, свободный от указанных недостатков. Его якорь представляет собой стальной сердечник, в пазы которого уложены шесть катушек (секций), соединенных последовательно в замкнутую цепь. Замкнутая обмотка якоря щетками делится на параллельные внешней цепи ветви (рис.1.6. б), внутри каждой из которых э.д.с. последовательно соединенных секций складываются (направления э.д.с. указаны стрелками).

В различных схемах обмоток якоря может быть различное число параллельных ветвей, однако оно всегда выражается четным числом, а напряжение машины определяется суммой э.д.с. секций, входящих в одну параллельную ветвь.

При этом ток па­раллельной ветви равен

где I_а — ток якоря машины;

а — число пар параллельных ветвей.

Щетки на коллекторе располагаются на равных расстояниях в местах подсоединения секций, проходящих в каждый данный мо­мент времени через геометрическую нейтраль. Это делается не только для того, чтобы иметь наибольшую э.д.с. в параллельной ветви, но и для того, чтобы в секциях, замыкаемых щетками почти накоротко, не могли образоваться большие э.д.с. вращения и токи. Так как щетки установлены неподвижно, то при вращении якоря секции обмотки последовательно переходят из одной параллельной ветви в другую, при этом в них изменяется направление тока (происходит процесс коммутации).

В зависимости от мощности и назначения электрические машины имеют различное конструктивное выполнение, но все они в соответствии с рассмотренной выше принципиальной схемой включают в себя следующие основные части:

а) корпус I — магнитопровод, к которому крепятся так называемые главные полюса II с обмоткой возбуждения III, предназначенные для создания магнитного потока. Корпус обычно выполняется либо из трубы, либо сварным из толстой листовой стали, а полюса либо набираются из отдельных пластин, либо вы­полняются из куска стали путем фрезерования;

б) якорь IV — вращающаяся часть, в которой механическая энергия преобразуется в электрическую и наоборот; в пазы пакета якоря, состоящего из отдельных изолированных листов электротехнической стали, укладывается обмотка, секции которой при­паиваются или привариваются к коллекторным пластинам V. Коллекторные пластины изготавливаются из специальной меди повышенной прочности и тщательно изолируются одна от другой и от якоря. Меднографитные щетки обычно перекрывают две-три коллекторные пластины;

в) щиты, служащие для установки подшипников, в которых вращается вал якоря;

г) устройство для крепления машины.

В машинах постоянного тока помимо главных полюсов (обычно называемых просто полюсами) часто применяют еще дополнительные полюса, которые размещаются на статоре между главными полюсами — на геометрической нейтрали, имеют узкую полюсную дугу и создают местное магнитное поле, необходимое для улучшения процесса коммутации в короткозамкнутых секциях.

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ГЕНЕРАТОРОВ