20. Устройство, принцип действия и свойства машин постоянного тока.

Машины постоянного тока применяют в качестве электро­двигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать жесткие и мягкие механические характеристики. Машина постоянного тока как электрический генератор. Физический принцип действия машины постоянного тока как генератора основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника при вращении ее в магнитном поле. Основными частями машины постоянного тока являются индуктор, с помощью которого создается магнитное поле, якорь, в обмотке которого наводится ЭДС индукции, коллектор и электрические щетки. Коллектором называются изолированные друг от друга проводящие пластины, присоединенные к катушкам. По пластинам коллектора скользят электрические щетки, соединяющие концы обмоток с внешней электрической цепью. Если индуктор в машине постоянного тока неподвижен и является в этом случае статором машины, то якорь вращается и является ротором машины. Якорь имеет стальной сердечник цилиндрической формы, концы обмоток якоря присоединены к пластинам коллектора. При вращении якоря в магнитном поле индуктора в проводах его обмоток возникает ЭДС индукции. С потребителями электрической энергии через скользящие контакты коллектора и электрических щеток соединяются концы той обмотки якоря, в которой в данный момент времени ЭДС индукции имеет максимальное значение. Провода обмотки движутся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. При этом между концами проводника возникает ЭДС индукции, которая прямо пропорциональна скорости V̅ движения проводника в магнитном поле, длине проводника l и индукции B̅ магнитного поля. Поэтому на концах разомкнутой обмотки, содержащей N витков, напряжение будет равно U=2NυBl

Так как линейная скорость V движения проводника связана с частотой υ вращения ротора и его радиусом R выражением V=2πRυ, то формулу следует записать U=4πRNυBl. Так как площадь рамки равна S=2Rl, а магнитный поток Ф можно определить как Ф=BS, то напряжение на выходе генератора равно U=2πNυФ. Машина постоянного тока как электродвигатель. Замечательной особенностью машины постоянного тока является ее обратимость, т. е. возможность использования одной и той же машины как для преобразования механической энергии в электрическую, так и для преобразования электрической энергии в механическую. Для использования машины постоянного тока в качестве электродвигателя через обмотку индуктора пропускают постоянный ток. При подключении к щеткам постоянного напряжения возникает электрический ток в обмотке якоря и на провода обмотки со стороны магнитного поля действует сила Ампера F̅. В проводах обмотки, расположенных на противоположных сторонах якоря, направления сил Ампера противоположны друг другу, и под действием этих сил якорь приходит во вращение.