Вопрос 1. Коллекторные машины пт. Упрощённая модель коллекторной машины. Принцип действия генератора и двигателя пт.

Коллекторные машины постоянного тока. Характ. признаком коллекторных машин явл. наличие у них коллектора (механического преобр. переменного тока в постоянный и наоборот). Необходимость такого преобр. объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток. Предположим, что приводной двигатель вращ. якорь генератора против часовой стрелки, тогда в витке якоря, вращ. в магн. поле пост. магнита, наводится ЭДС, мгновенное значение которой e=2Blv. В обмотке якоря наводится переменная ЭДС. Если бы в машине не было коллектора, то ток во нешней цепи (в нагрузке R) был бы переменным, но посредством коллектора и щёток переменный ток обмотки якоря преобр. в пульсирующий ток во внешней цепи генератора, т.е. ток, неизменный по направлению.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции, которое состоит в следующем. Если в магнитном поле постоянного магнита перемещать проводник так, чтобы он пересекал магнитный поток, то в проводнике возникнет ЭДС индукции. Явление возникновения ЭДС индукции в проводнике называется электромагнитной индукцией. Если проводник, в котором индуктируется ЭДС, включить в замкнутую электрическую цепь, то под действием ЭДС по цепи потечет ток. В генераторе якорь с обмоткой вращается первичным двигателем в магнитном поле полюсов N и S электромагнитов. Электродвижущая сила, индуктируемая в проводниках обмотки якоря при помощи коллектора и щеток, отводится во внешнюю цепь. Благодаря наличию коллектора (механический преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот) ток, отдаваемый обмоткой якоря во внешнюю цепь, будет постоянным.

Принцип действия двигателя постоянного тока. Под действием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера F=BIL) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки : на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности. Направление тока в проводниках витка изменяется на противоположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма. Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Вопрос 2. Устройство коллекторной машины. Конструкция статора и якоря. Назначение конструктивных узлов статора и ротора. Материалы конструктивных узлов статора и ротора.

Коллекторная машина состоит из подвижной и неподвижной части, ротора и статора. Статор состоит из станины и главных полюсов. Ста­нина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов. Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали. Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Лис­ты покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конст­рукция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). Коллектор 1 является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе.