Машина постоянного тока — это электромеханическое устройство, выполняющее несколько ключевых функций в электротехнике:
1) Генерация постоянного тока или напряжения.
2) Преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока (режим генератора).
3) Преобразование электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока с другим уровнем напряжения или частоты, выступая в роли преобразователя.
Конструкция и принцип действия
Основу электрической машины постоянного тока составляют две главные части: неподвижный индуктор и вращающийся якорь.
Индуктор (неподвижная часть) выполняет роль магнитной системы. Он включает в себя цилиндрическую станину (1), изготовленную из ферромагнитного материала для эффективного проведения магнитного потока. На станине закреплены полюсы с обмоткой возбуждения, которая при протекании тока создает основной магнитный поток. В более современных или компактных конструкциях этот поток может создаваться не обмоткой, а постоянными магнитами, которые также крепятся на станине.
Якорь (вращающаяся часть) является сердцем машины, где происходит преобразование энергии. Он состоит из трех основных элементов:
- Сердечник: Набирается из тонких, изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Эта конструкция, называемая шихтованной, необходима для значительного снижения потерь энергии на вихревые токи, которые возникают при вращении якоря в магнитном поле.
- Обмотка: Располагается в пазах сердечника. Её проводники, уложенные на поверхности якоря, являются активными элементами, в которых индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).
- Коллектор: Это уникальное и важнейшее контактное устройство машины постоянного тока. Коллектор установлен на одном валу с сердечником якоря и представляет собой набор изолированных друг от друга и от вала медных пластин. Каждая пластина электрически соединена с определенными проводниками якорной обмотки.
Принцип работы и роль коллектора: Для съёма или подвода тока к вращающейся обмотке якоря используются неподвижные графитовые или медно-графитовые щетки. Они устанавливаются на линии геометрической нейтрали — условной линии, проходящей посередине между полюсами индуктора, где магнитное поле близко к нулю. Щетки прижимаются к поверхности коллектора. При вращении якоря пластины коллектора поочередно контактируют с щетками, обеспечивая постоянное электрическое соединение между вращающейся обмоткой и внешней сетью постоянного тока или нагрузкой. Именно коллектор механически «выпрямляет» переменную ЭДС, индуцируемую в проводниках якоря, во внешней цепи получается постоянный по направлению ток.
