5.3.2.Будова машин постійного струму

Машини постійного струму складаються з трьох головних частин: статора, якоря та колектора.

1). Статор складається з обмотки головних та додаткових полюсів. Обмотка розташована на феромагнітному осерді. Струм, який проходить по обмотці, відповідно до закону повного струму, збуджує робочий магнітний потік машини, який наводить в якорі ЕРС. Обмотка збудження буває послідовною (серієсною С₁, С₂) та паралельною (шунтовою Ш₁, Ш₂).

Робочий магнітний потік машин постійного струму можна створити за допомогою застосування постійних магнітів.

2). Якір машин постійного струму складається з обмотки якоря та колектора. Обмоткою якоря називають ту частину машини постійного струму, в якій наводиться ЕРС. В обмотці якоря наводиться змінна синусоїдальна ЕРС. Обмотка якоря розташована на листовому феромагнітному осерді та складається з окремих секцій. Кінці секцій приєднують до колекторних пластин.

3). Колектор машини постійного струму призначений для перетворення змінної ЕРС якоря в постійний струм зовнішнього електричного кола для генератора та зворотного перетворення для двигунів. Колектор машин постійного струму – це механічний перетворювач форми струму. В режимі генератора – це механічний випрямляч. В режимі двигуна – це механічний інвертор. На колекторні пластини накладають графітові, або мідно графітові щітки. Щітки, разом з колектором, забезпечують електричний контакт рухомого якоря з нерухомою зовнішньою частиною електричної машини.

Таким чином, на зовнішніх виводах машини з’являється напруга, яка наводиться в якорі генератора. При підключенні до виводів якоря опору навантаження ЕРС створює струм, який проходить через якір генератора. В результаті відбувається взаємодія струму якоря з магнітним полем статора. Ця взаємодія створює електромагнітну силу Ампера. Величина сили взаємодії визначається законом Ампера:

,

F _ем – електромагнітна сила Ампера, І – струм, який проходить по провіднику, l – активна довжина провідника, В – величина магнітної індукції, α – кут між напрямком струму у провіднику та вектором магнітної індукції. Закон Ампера визначає умови створення електромагнітної сили. Напрямок дії сили Ампера визначається правилом лівої руки, або за правилом потрійного векторного добутку. Напрямок дії електромагнітної сили за правилом лівої руки визначається наступним чином: долоню лівої руки розташовують в магнітному полі з вектором індукції так, щоб магнітні силові лінії входили в долоню; чотири пальця направляємо вздовж напрямку струму у провіднику; тоді великий палець буде показувати напрямок електромагнітної сили (рис. 5.30).

Напрямок електромагнітної сили Ампера в генераторі направлений в протилежному напрямку до прикладеної зовнішньої механічної сили . Електромагнітна сила Ампера створює в генераторі гальмівний момент (рис. 5.30).

Механічна сила повинна бути більше протидіючої сили на величину додаткових механічних втрат F₀:

F_мех=F_ем +F₀ , F_мех > F_ем.

Прикладена зовнішня механічна потужність визначається за формулою: N_мех=F_м·v; протидіюча потужність: Р_ем = F_ем· v, а протидіюча сила Ампера F_ем=ІBl. Враховуючи ці формули, маємо:

P_ем=IВlv=IE.

Таким чином, прикладена зовнішня механічна потужність N_мех витрачається на обертання якоря генератора, в якому наведена ЕРС створила струм. Це означає перетворення в генераторі механічної енергії в електричну.