54. Какова роль коллектора в машине постоянного тока? (конспект)

54. Какова роль коллектора в машине постоянного тока? (конспект)

Якорь представляет собой сердечник, обмотку якоря, коллектор и вал.

Якорь имеет шихтованный сердечник с продольными пазами, в которых уложена распределенная обмотка. Пазы выполняют со скосом, что ослабляет пульсацию магнитного потока в воздушном зазоре и уменьшает вибрации и шум при работе двигателя. Части обмотки, находящиеся вне пазов, называют лобовыми. Со стороны коллектор а они подключаются к пластинам коллектора. Для закрепления лобовых частей на них накладывают бандаж из стеклоленты.

Коллектор имеет цилиндрическую форму и состоит из изолированных друг от друга миканитовыми прокладками медных пластин (ламелей). Коллекторные пластины со стороны сердечника якоря имеют выступы, называемые «петушками». К ним присоединяют часть обмотки якоря из одного или нескольких витков, эту часть называют секцией обмотки. Токоподвод к обмоткам якоря выполняется через щеточный узел с графитными, электрографитированными или металлографитированными щетками.

При вращении якоря проводники перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т.е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Для преобразования переменной ЭДС в постоянную служит коллектор, в простейшем случае представляющий два полукольца. Щетки устанавливаются так, чтобы переход каждой из щеток с одной пластины на другую происходил в тот момент, когда наводимая в витках ЭДС равна нулю. Это соответствует расположению щеток на геометрической нейтрали, которая проходит через ось якоря точно посередине между полюсами статора.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки R_нг через обмотку якоря проходит постоянный ток I_а, направление которого определяется направлением ЭДС. Таким образом, при работе в генераторном режиме, коллектор с щетками является механическим выпрямителем.

В двигательном режиме к якорю подводится питание от источника постоянного тока. Взаимодействие тока в обмотке якоря с магнитным полем возбуждения создает вращающий момент, приводящий якорь во вращение, т.к. при повороте якоря на 180° в проводниках изменяется фаза тока, но напряжение не изменяется. В этом случае коллектор с щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой протекает переменный ток.

Таким образом, главное отличие МПТ заключается в наличии коллектора для выпрямления тока во внешней электрической цепи.

=====================================================================================================================================

Интернет

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины.

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса. На рис. 1. показан общий вид коллектора электрической машины.

Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис. 2, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В двумя тонкими кружками.

Щетки замкнуты на внешнее сопротивление тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электрический ток. Поэтому при рассмотрении работы коллектора можно говорить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электрическом токе.

Рис. 1. Коллектор электрической машины

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось.

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Рис. 4. Коллектор двигателя постоянного тока

Представление о характере изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 5. Из кривой видно, что наибольших значений ток достигает в точках, соответствующих 90° и 270°, т. е. когда проводники пересекают силовые линии непосредственно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, так как проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.

Рис. 5. Кривая изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором

Из кривой нетрудно заключить, что хотя направление тока во внешней цепи и остается неизменным, но величина его все время меняется в пределах от нуля до максимума.

Электрический ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, носит название пульсирующего тока. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Поэтому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровным.

В отличие от генераторов, в двигателях постоянного тока коллектор выполняет роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря. Если в генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный, то в электродвигателе роль коллектора сводится к распределению тока в обмотках якоря таким образом, чтобы в течение всего времени работы электродвигателя в проводниках, находящихся в данный момент под северным полюсом, ток проходил постоянно в каком-либо одном направлении, а в проводниках, находящихся под южным полюсом, - в противоположном направлении.

Дата добавления: 2015-08-29