ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И УСТРОЙСТВО МАШИН
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Коллекторная машина постоянного тока является, по существу, машиной переменного тока, так как в ее перемещающейся относительно поля возбуждения обмотке – обмотке якоря – протекает переменный ток. Однако машина имеет специальное устройство – коллектор, позволяющий преобразовывать переменный ток в ток постоянный. Рассмотрим работу коллекторной машины постоянного тока на по рис. 1.
При вращении рамки, например, против направления движения часовой стрелки в каждой ее стороне индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки (рис, 1), а величина – формулой (1).
| (10.1) |
Поскольку длина рамки 
и скорость 
– величины постоянные, величина ЭДС зависит только от распределения индукции 
под полюсами, которое близко к синусоидальному. Поэтому изменение ЭДС между точками 1– 4 рамки (рис. 1) также близко к синусоидальному (рис, 2).
| 
|
| Рис. 1. Простейшая модель электрической машины постоянного тока | Рис. 2. Индукция под полюсом или ЭДС в рамке |
Таким образом, если к концам рамки 1 и 4подключить с помощью скользящих контактов внешнюю нагрузку, в ней потечет переменный ток, имеющий форму рис. 2. Чтобы заставить ток протекать по внешней цепи в каком-нибудь одном направлении, т.е. выпрямить его, используется специальное устройство – коллектор. Концы витка 
присоединяются к двум изолированным медным сегментам (рис. 1). На пластины наложены неподвижные в пространстве щетки АиБ, к которым присоединяется внешняя цепь.
При вращении якоря каждая из щеток соприкасается только с той коллекторной пластиной и тем из проводников рамки, которые находятся под полюсом данной полярности. Так, щетка Авсегда соприкасается только с проводником, находящимся под северным полюсом (рис. 1). Следовательно, по внешней цепи ток будет протекать только в одном направлении – от щетки Ак щетке Б, т.е. происходит выпрямление наводимой в витке ЭДС и тока в пульсирующие ЭДС на щетках и ток во внешней цепи (рис, 3).
|
| Рис. 3. Выпрямленные ЭДС и ток |
Пульсации тока на рис. 3 носят резко выраженный характер, однако эти пульсации сглаживаются, если вместо рамки использовать обмотку, состоящую из большого числа проводников, определенным образом выполненную и соединенную е коллектором. Система подвижных проводников в машине постоянного тока вместе с несущей их механической конструкцией называется якорем.
В режиме двигателя к щеткам подводится постоянный ток, который коллектором преобразуется в переменный ток обмотки якоря. Этот ток, взаимодействуя с полем возбуждения, создает электромагнитный момент, приводящий якорь в движение и совершающий максимальную работу.
Скорость перемещения проводников обмотки якоря относительно неподвижного поля возбуждения основных полюсов определяется частотой вращения якоря 
(об/мин). Поэтому ЭДС обмотки якоря
| (2) |
где СЕ – магнитный поток.
Исходя из рассматриваемого принципа действия, машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части – статора, предназначенной в основном для создания магнитного потока, и вращающейся части – якоря. В якоре происходит процесс преобразования механической энергии в электрическую (электрический генератор) или электрической энергии в механическую (электродвигатель). Неподвижная и вращающаяся части отделяются друг от друга зазором. Неподвижная часть машины постоянного тока состоит из основных полюсов, предназначенных для создания основного магнитного потока; добавочных полюсов, устанавливаемых между основным и служащих для достижения безыскровой работы щеток на коллекторе.
Якорь представляет собой цилиндрическое тело, вращающееся в пространстве между полюсами, и состоит из зубчатого сердечника якоря, уложенной на нем обмотки, коллектора и щеточного аппарата.