Глава X

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 104. Принцип действия генератора постоянного тока

Действие любого электрического генератора основано на использовании закона электромагнитной индукции. Поэтому генератор постоянного тока, так же как и любой генератор переменного тока, состоит из полюсов и якоря с обмоткой.
Как было отмечено выше, простейшим генератором является виток, вращающийся в магнитном поле полюсов N и S (см. рис. 109). В таком витке индуктируется переменная во времени э. д. с. Поэтому при соединении концов витка с контактными кольцами, вращающимися вместе с витком, в нагрузке через неподвижные щетки протекает переменный ток, т. е. такая машина является генератором переменного тока.

Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор, принцип действия которого состоит в следующем. Концы витка 1 (рис. 143) присоединяют к двум медным полукольцам (сегментам), называемым коллекторными пластинами. Эти пластины жестко укрепляют на валу машины и изолируют как друг от друга, так и от вала. На пластинах помещают неподвижные щетки 2 и 3, электрически соединенные с приемником энергии.

При вращении витка коллекторные пластины также вращаются вместе с валом машины так, что каждая из неподвижных щеток 2 и 3 соприкасается то с одной, то с другой пластиной. Щетки на коллекторе устанавливаются так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда э. д. с., индуктируемая в витке, была равна нулю. В этом случае при вращении якоря в витке индуктируется переменная э. д. c., изменяющаяся синусоидально при равномерном распределении магнитного поля (рис. 144, а), но каждая из щеток соприкасается с той коллекторной пластиной и соответственно с тем из проводников, который в данный момент находится под полюсом определенной полярности. На рис. 143 видно, что щетка 2 в любой момент соприкасается с проводником, который находится под южным полюсом S, а щетка 3 контактаруется всегда только с тем из проводников, который находится под северным полюсом N.

Следовательно, э. д. с. на щетках 2 и 3 знака не меняет и ток по внешнему участку замкнутой электрической цепи будет протекать в одном направлении от щетки 2 через сопротивление rк щетке 3. Однако несмотря на то, что направление э. д. с. во внешней цепи остается неизменным, величина ее меняется во времени, как показано на рис. 144,б, т. е. получена таким образом не постоянная, а пульсирующая э. д. с. Ток во внешней цепи будет также пульсирующим.
Если поместить на якоре два витка под углом 90° один к другому и концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами, то пульсация э. д. с. и тока во внешней цепи значительно уменьшится (рис. 144, в). При увеличении числа коллекторных пластин пульсация быстро уменьшается и при 16 пластинах на пару полюсов становится менее 1 %. Таким образом, при большом числе коллекторных пластин э. д. с. и ток практически постоянны.