Основные элементы конструкции и принцип действия машины постоянного тока в режиме генератора.

Характерным признаком коллекторных машин явля­ется наличие у них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непре­рывный процесс электромеханического преобразова­ния энергии.

Рассмотрим принцип действия коллекторного ге­нератора постоянного тока. На рис. 1 изображе­на упрощенная модель такого генератора: между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть генератора — якорь, вал кото­рого посредством шкива и ременной передачи меха­нически связан с приводным двигателем (на рисун­ке не показан) — источником механической энергии. В двух продольных пазах на сердечнике якоря рас­положена обмотка в виде одного витка abcd, концы которого присоединены к двум медным изолирован­ным друг от друга полукольцам, образующим прос­тейший коллектор. На поверхность коллектора на­ложены щетки A и В, осуществляющие скользящий контакт с коллектором и связывающие генератор с внешней цепью, куда включена нагрузка сопротив­лением R.

Предположим, что приводной двигатель вращает якорь генератора против часовой стрелки, тогда в витке на якоре, вращающемся в магнитном поле постоянного магнита, наводится ЭДС, мгновенное значение которой е = 2В1у, а направление для по­ложения якоря, изображенного на рисунке, указано стрелками.

В процессе работы генератора якорь вращается и виток аbcd занимает разное пространственное положение, поэтому в обмотке якоря наводится пе­ременная ЭДС. Если бы в машине не было коллектора, то ток во внешней цепи (в нагрузке R) был бы переменным, но посредством коллектора и щеток переменный ток обмотки якоря преобразуется в пульсирующий ток во внешней цепи гене­ратора, т. е. ток, неизменный по направлению. После поворота якоря на 180° (рис. 2, а) направление тока в витке якоря изменится на обратное, однако полярность щеток, а сле­довательно, и направление тока во внешней цепи (в нагрузке) останутся неизменными (рис. 2, б).

Рис. 1. К принципу действия генератора постоянного тока: ЭДС и ток в обмотке якоря; ЭДС и ток во внешней цепи генератора

Объясняется это тем, что в тот момент, когда ток в витке якоря меняет свое направление, происходит смена коллекторных пластин под щетками. Таким образом, под щеткой А всегда находится пластина, соединен­ная с проводником, расположенным под северным магнит­ным полюсом, а под щеткой В — пластина, соединенная с про­водником, расположенным под южным полюсом. Благодаря этому полярность щеток генератора остается неизменной независимо от положения витка якоря. Что же касается пуль­саций тока во внешней цепи, то они намного ослабляются при увеличении числа витков в обмотке якоря при их равномерном распределении по поверхности якоря и соответ­ствующем увеличении числа пластин в коллекторе.