ПОСТОЯННОГО ТОКА МАШИНА
электрич.
машина, в к-рой происходит преобразование механич. энергии в электрич.
энергию постоянного тока (генератор) или обратное преобразование (двигатель).
П. т. м. обратима, т. е. одна и та же машина может работать и как генератор,
и как двигатель; так, напр., работают тяговые двигатели подвижного состава
и исполнит. двигатели мощных электроприводов постоянного тока. Действие
генератора основано на явлении индукции электромагнитной.
При вращении
витка из электропроводящего материала в постоянном магнитном поле (рис.
1) в витке возникает переменная
преобразования переменной эдс в постоянное
напряжение служит коллектор электромашинный. К пластинам коллектора
подсоединяются концы витка (в реальной машине имеется большое число витков
и коллекторных пластин). Для подключения внешней цепи служат угольные или
графитные щётки, соприкасающиеся с пластинами коллектора. Работа двигателя
основана на взаимодействии проводников с током и магнитного поля (см. Ампера
закон), что приводит к появлению электромагнитного вращающего момента.
Рис. 1. Схема работы машины постоянного
тока: N, 5 - полюса постоянного магнита; I - ток в нагрузке; 1 - щётки;
2 - пластина коллектора; 3 - виток провода на якоре машины; 4
- нагрузка.
Активными частями П. т. м. являются магнитные
сердечники, обмотки статора и ротора (якоря) и коллектор
(рис. 2). Магнитный сердечник статора состоит из стальной станины, шихтованных
(набранных из стальных пластин) главных и массивных дополнит. полюсов.
На главных полюсах расположена обмотка возбуждения, на дополнительных -
обмотка, соединённая последовательно с обмоткой якоря. Магнитопровод (сердечник)
якоря также шихтованный; в его пазах расположена рабочая обмотка. Конструктивные
элементы П. т. м.- вал, подшипники, подшипниковые щиты, токосъёмное устройство,
вентилятор. Обмотка возбуждения создаёт осн. магнитное поле. При подключении
обмотки якоря к внешней цепи по ней проходит ток, создающий магнитное поле
якоря. Результирующий поток в зазоре между статором и ротором благодаря
влиянию магнитного поля якоря меньше, чем поле при холостом ходе (когда
цепь отключена). Размагничивающее действие магнитного поля якоря обусловлено
насыщением и увеличением магнитного сопротивления полюсных наконечников
.
Рис. 2. Машина постоянного тока: 1 - коллектор;
2-обмотка
возбуждения; 3 -станина; 4 - главные полюса;
5 - магнитопровод
якоря; 6 - рабочая обмотка якоря; 7 - дополнительные полюса;
8
- обмотка дополнительных полюсов.
При работе П. т. м. может появляться искрение
под щётками в процессе коммутации тока. При прохождении секции обмотки
якоря из зоны одной полярности (напр., N) в зону др. полярности
(S) направление тока в ней меняется на обратное. Вследствие этого в секции,
замкнутой накоротко щёткой, индуктируется т. н. реактивная эдс. Она представляет
собой сумму эдс самоиндукции, обусловленной изменением тока, и эдс взаимоиндукции
(если коммутируются одновременно неск. секций). Помимо этого, в коммутируемой
секции возникает т. н. эдс вращения, обусловленная перемещением секции
в поле якоря, к-рое в зоне коммутации имеет наибольшую величину. Эти эдс
вызывают замедление изменения тока, увеличение плотности тока под сбегающим
краем щётки и искрение под щётками. Для компенсации реактивной эдс в коммутируемой
секции применяют дополнит. полюса, изменяющие направление поля якоря в
зоне коммутации. Наличие коллектора и щёточного устройства усложняет конструкцию,
обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкую надёжность П. т.
м.
Первый двигатель постоянного тока, пригодный
для практич. целей, был построен Б. С. Якоби в 1838. Двигатель получал
питание от гальванич. батарей и использовался для привода гребного вала
лодки. Первый генератор постоянного тока создан также Якоби в 1842. Вначале
в П. т. м. использовались постоянные магниты. Существ. шагом вперёд явилось
применение электромагнитов. В 1859 А. Пачинотти изобрёл электродвигатель
с кольцевым якорем, к-рый был усовершенствован 3. Т. Граммом в 1869.
Начало широкого пром. применения П. т. м. относят к 70-м гг. 19 в., когда
Ф. Хефнер-Альтенек заменил кольцевой якорь барабанным, упростив
тем самым конструкцию П. т. м. и увеличив вдвое её мощность. В таком виде
П. т. м. сохранилась практически без изменений, усовершенствования касались
главным образом применения лучших изоляц. и конструкц. материалов, более
прогрессивной технологии, разработки точных методов расчёта и оптимизации
габаритов. П. т. м. были созданы и получили пром. применение ранее машин
переменного тока, но утратили доминирующее положение после изобретения
М. О. Доливо-Доброволъским системы трёхфазного тока (1889). П. т.
м. использовались лишь в отд. областях, где необходимо регулирование частоты
вращения в широком диапазоне: генераторы - как возбудители синхронных машин,
сварочные генераторы, в системах генератор-двигатель; двигатели - в электроприводах
на транспорте, в металлургии (на мощных прокатных станах) и т. п. Однако
с 50-х гг. 20 в. сфера применения П. т. м. вновь расширилась: П. т. м.
средней мощности стали применять как электромашинные усилители (ЭМУ), а
микроэлектромашины - в системах автома-тич. регулирования и в бытовых электрич.
устройствах. Микродвигатели постоянного тока имеют лучшие характеристики,
больший диапазон регулирования по частоте вращения и более высокую точность
регулирования, чем микродвигатели переменного тока. В то же время П. т.
м. утрачивают своё значение как возбудители синхронных машин, на смену
им приходят ионные и полупроводниковые системы возбуждения.
В СССР созданы серии П. т. м., к-рые полностью
удовлетворяют потребность в такого рода электрич. машинах. В 70-х гг. разработанная
ранее серия П (диапазон мощностей 0,3-1400 кет, напряжение 110/220/440
в) заменяется новой серией 2П, показатели к-рой соответствуют совр. требованиям
энергетики. Помимо серийных, существует большое разнообразие специальных
П. т. м.: электромашинные усилители, сварочные генераторы, генераторы для
гальванич. процессов и электролиза, униполярные
П. т. м. Применяемые в бытовой технике
микромашины также различны как по конструкции, так и по режимам работы.
Лит.: Рихтер Р., Электрические машины,
пер. с нем., т. 1, М.-Л., 1935; Петров Г. Н., Электрические машины, 2 изд.,
ч. 3, М.-Л., 1968; Брускин Д. Э., 3 о-роховичА. Е., Хвостов B.C., Элек*
трические машины и микромашины, М., 1971; Электротехнический справочник,
4 изд., т. 1, кн. 1, М., 1971. Л. М. Петрова/
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я