Принцип действия генератора постоянного тока

Принцип действия основан на наведении ЭДС индукции в проводнике, который движется за счет внешней силы в постоянном магнитном поле.

Проводники выполняются в виде рамки, при этом одна сторона располагается под северным полюсом, другая под южным.

В частях рамки ad и bc ЭДС индукции не наводится.

ЭДС индукции наводится в проводниках ab и dc, активных проводниках.

Проводники ab и dc пересекают одно и то же магнитное поле в разных направлениях и ЭДС будет направлена в противоположную сторону. По контуру рамки ЭДС проводников складываются.

ЭДС наводимая в рамке будет переменной.

Проведем через центр машины плоскость, которая будет пересекать линии электромагнитной индукции. Эта плоскость будет называться физической нейтралью.

В проводниках, которые находятся над физической нейтралью под северным полючом ЭДС имеет один знак, а в проводниках под физической нейтралью ЭДС имеет другой знак. После пересечения физической нейтрали ЭДС в проводнике меняет знак, а когда проводники находятся на физической нейтрали ЭДС равна нулю.

За счет электромагнитной индукции постоянную ЭДС получить нельзя.

Дли преобразования переменной ЭДС в постоянную используется механический выпрямитель под названием коллектор.

Простейший коллектор для одной рамки состоит из двух полуколец изолированных друг от друга. Одно полукольцо соединяется с одним проводником, а другое соединяется с другим проводником рамки. По полукольцам скользят две щетки, с помощью которых осуществляется электрический контакт.

При отсутствии коллектора проводник ab всегда был соединен с выводом A и его полярность зависела от направления ЭДС в проводнике.

Принцип действия двигателя постоянного тока

Принцип действия основан на возникновении механической силы при взаимодействии проводника с током и постоянного магнитного поля. Проводник изготавливается в виде рамки. По рамке протекает ток от внешнего источника питания.

Направление силы определяется по правилу левой руки и т.к. направления тока в проводниках противоположны, то и силы направлены в разные стороны. Возникает электромагнитный момент:

,

где D – расстояние между проводниками.

Под действием момента рамка начинает вращаться вокруг своей оси.

Предположим, что по рамке протекает постоянный ток. После поворота рамки проводник ab окажется под полюсом S, а проводник cd под полюсом N. Направления сил, которые действуют на проводники осталось неизменными. Направление момента изменилось на противоположное.

Чтобы двигатель вращался в одном направлении надо чтобы направление момента не изменялось, для этого после поворота рамки на 180°, при одной паре полюсов, надо чтобы направление тока изменилось на противоположное. Эту задачу в двигателе постоянного тока выполняет коллектор.

Коллектор выполняет роль механического инвертора, он преобразует постоянный ток в переменный, который протекает по проводникам рамки. При этом частота переменного тока пропорциональна частоте вращения рамки:

где p – число пар полюсов.