Анализ щеточного токосъема

Во вращающейся обмотке якоря моменты постоянного тока индуктируется переменная э.д.с. и для ее выпрямления необходим коллектор. Представим обмотку якоря в виде двух одинаковых витков, расположенных во взаимоперпендикулярных плоскостях и подключенных к коллектору.

При вращении витков 1 и 2 с угловой скоростью по часовой стрелке в них индуктируется э.д.с., положительные направления которых определяютя правилом буравчика.

;

;

; .

Главный магнитный поток: .

Виток 1 подключен к пластинам 1 и 3;

Виток 2 подключен к пластинам 2 и 4 коллектора.

В режиме х.х. напряжение между пластинами

; .

Выводы генератора подключены к виткам через неподвижные щетки a и b.

За один оборот коллектора его пластины 3,4,1,2,3 последовательно контактируют со щеткой a, а пластины 1,2,3,4,1 – со щеткой b.

Т.к. ток I_a переменный, то он меняет свое направление в зависимости от того в каком полюсе магнитного поля находится проводник. Поэтому щетка b будет заряжена положительно, а щетка a отрицательно.

Временная последовательность контакта с пластинами щетки a – U₃₁, U₄₂, U₁₃, U₂₄, U₃₁.

Если поменять направление вращения витков и коллектора изменится направление напряжения генератора U_ab.

Последовательность контакта пластин со щеткой a – 3,2,1,4,3 (U₃₁, U₂₄, U₁₃, U₄₂, U₃₁), со щеткой b – 1,4,3,2,1 (U₁₃, U₄₂, U₃₁, U₂₄, U₁₃).

Применение ферромагнитного якоря позволяет равномерно распределить индукцию В в зазоре и таким образом уменьшает пульсацию напряжения генератора.

В генераторе щетки и коллектор необходимы для выпрямления переменной э.д.с. В двигателе обеспечивают непрерывность вращения якоря. Во всех проводах параллельных ветвей обмотки якоря ток один и тот же. Если на все эти провода действует электромагнитная сила одного направления, то двигатель развивает наибольший вращающий момент. Когда же провод проходит из области одного полюса в область другого, то одновременно щетки и коллектор производят переключение в нем направлении тока, так что сохраняется неизменность направления вращения.

Эдс и электромагнитный момент машины постоянного тока

При движении провода обмотки якоря в магнитном поле под полюсом провод пересекает линии магнитного поля с индукцией В и в нем по закону электромагнитной индукции индуктируется э.д.с.

;

l – активная длина провода;

v – окружная скорость якоря.

; ,

- длина полюсного деления;

р – число пар полюсов;

D – диаметр якоря.

- площадь полюсного деления;

- магнитный поток.

Учитывая, что якорь состоит из N активных проводов. Щетки делят эту обмотку на 2а параллельных ветвей.

Следовательно э.д.с. одной параллельной обмотки

,

C_э – постоянный для данной машины коэффициент.

В генераторе Е_я вызывает ток I_я и совпадает с ним по направлению. У двигателя Е_я направлена против тока I_я и называется противоэ.д.с.

Э.д.с. якоря можно регулировать посредством изменения главного магнитного потока и посредством изменения частоты вращения якоря..

При работе машины в режимах генератор и двигатель направление передачи энергии различное, но природа электромагнитного момента воздействующего на якорь одна и та же.

На каждый из активных проводов обмотки якоря, находящимися под полюсами машины, действует сила

.

Сумма этих сил создает электромагнитный момент

.

I – ток одного провода

;

;

- постоянный для данной машины коэффициент.