Принцип действия генератора и двигателя постоянного тока.

Машины, предназначенные для преобразования механической энергии в электрическую называют генераторами. Принцип действия генератора постоянного тока показан на рисунке 8. Здесь N и S - неподвижные полюсы, создающие магнитный поток, который называют потоком возбуждения; Я - якорь, состоящий из одного витка; К - коллектор, служащий для передачи получаемого тока в электрическую цепь. При вращении якоря в указанном стрелкой А направлении в верхней части витка индуктируется ЭДС указанного стрелкой Б направления (по правилу правой руки), в нижней части витка, в соответствии с этим же правилом, будет индуктироваться ЭДС обратного направления. При горизонтальном положении витка ЭДС его будет равна нулю. При дальнейшем движении витка направление ЭДС изменится, так как изменилось направление силовых линий по отношению к витку (верхняя часть витка стала нижней).

а) постоянного тока б) переменного тока

Рис. 8 Принцип действия генератора

Для того, чтобы ток во внешней цепи не изменил своего направления, служит коллектор; Коллектор (рис.8) в соответствии с изменением положения витка переключает концы витка таким образом, чтобы направление тока во внешней цепи не изменилось. Ток с коллектора снимается щетками В и Г. Двигатель постоянного тока устроен так же, как и генератор.

В результате взаимодействия магнитного поля полюсов и магнитного поля, образованного током, протекающим пообмотке якоря, якорь начнет вращаться по правилу левой руки в направлении, показанном стрелкой. В реальных двигателях и генераторах обмотка якоря состоит из большого числа витков провода, уложенных в пазы стального якоря, состоящего из тонких листов электротехнической стали. Введение стального якоря уменьшает сопротивление магнитному потоку, в связи с чем значительно увеличивается магнитная индукция в воздушном зазоре машины.

Якорь изготовляют из изолированных друг от друга тонких стальных листов (шихтованный якорь). Такая конструкция якоря позволяет избежать появления вихревых токов, нагревающих якорь.

В связи с тем, что обмотку якоря машины постоянного тока выполняют многовитковой, с большим числом отдельных секций, коллектор этих машин состоит из большого числа медных пластин (ламелей), к которым припаяны концы секций.

Магнитное поле, в котором вращается якорь, создается в двигателях и генераторах постоянного тока при помощи специальных обмоток, называемых обмотками возбуждения. Эти обмотки расположены на стальных полюсах, укрепленных на станинах двигателей и генераторов.

Для изменения направления вращения двигателя постоянного тока необходимо изменить направление тока или в якоре или в обмотке возбуждения (правило правой руки). Если же изменить направление тока и в якоре и в обмотке возбуждения, то направление вращения двигателя не изменится.

Вихревые токи.

Изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти, так называемые вихревые токи, распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем, вызывая перегрев и разрушение изоляции аппарата. Сердечники катушек, якорей электродвигателей, трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники якорей и обмоток возбуждения электродвигателей делают не цельнолитыми, а состоящими из тонких пластин, изолированных друг от друга электроизоляционной бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь распространения вихревых токов по телу проводника. Вихревые токи также способны вызвать электрическую коррозию (разрушение структуры) металла.