1. Основний принцип роботи генератора постійного струму
Генератор постійного струму і двигун постійного струму мають однакову конструкцію, за винятком того, що генератор постійного струму приводиться в рух і обертається первісним двигуном (зазвичай двигуном змінного струму) для вироблення електроенергії. Видно, що це пристрій, який перетворює механічну енергію в електричну. Двигун постійного струму підключається до джерела живлення постійного струму і приводить до роботи різні робочі механізми (верстати, насоси, трамваї, кабельне обладнання тощо). Це пристрій, який перетворює електричну енергію в механічну. Проте вже є кремнієві керовані випрямлячі, які замінили генератори постійного струму. Щоб усі могли краще зрозуміти двигуни постійного струму, необхідно водночас поговорити про принцип роботи генераторів постійного струму.
Давайте спочатку подивимося, як працює генератор постійного струму.
Як показано на малюнку 1, щітки A і B стикаються з двома напівкруглими кільцями відповідно. У цей час на виході між щітками А і В є постійний струм. Давайте's подивимося на рух котушки між магнітними полюсами в цей час. З малюнка 1(a) видно, що коли сторона ab котушки рухається проти годинникової стрілки в діапазоні полюса N, застосовується правило правої руки генератора, а електрорушійна сила, створювана в цей час, дорівнює b. до а. У цей час сторона cd котушки рухається проти годинникової стрілки в межах діапазону S-полюса. Відповідно до правила правої частини генератора можна судити, що напрямок індукованої електрорушійної сили на стороні cd є від d до c. З точки зору всієї котушки напрямок індукованої електрорушійної сили дорівнює dcba. Отже, мідний лист 1 і щітка А, з’єднана з кінцем а котушки, мають позитивний потенціал; а мідний лист 2 і щітка B, з'єднані з d-кінцем котушки, мають негативний потенціал. Якщо зовнішнє коло підключено, струм тече від щітки А через навантаження до щітки В, утворюючи з котушкою замкнутий шлях струму.
Коли сторона ab котушки повертається до діапазону полюсів S, сторона cd повертається до діапазону полюсів N (Малюнок 1, b). Судячи з правила правої руки, ви можете знати, що напрямок електрорушійної сили, створеної на стороні cd котушки, є від c до d, а сторона ab повертається до діапазону полюса S, де напрямок електрорушу сила від a до b. Оскільки щітка не рухається в просторі, мідний лист 2, з'єднаний з кінцем котушки d, контактує з щіткою А, і її потенціал все ще позитивний. Мідний лист 1, підключений до кінця котушки а, стикається з щіткою B, і її потенціал все ще негативний. Коли зовнішнє коло увімкнено, струм все ще тече від щітки A до щітки B через навантаження, утворюючи замкнутий шлях струму з котушкою. Однак слід зазначити, що в цей момент струм у котушці був зворотним.
Можна помітити, що коли котушка безперервно обертається, хоча сторона котушки, що стикається з двома щітками, постійно змінюється, щітка A завжди має позитивний потенціал, а щітка B завжди має негативний потенціал. Отже, дві щітки витягують електрорушійну силу з постійним напрямком, а на навантаженні отримують напругу та струм із постійним напрямком. Іншими словами, хоча напрямок індукованої електрорушійної сили в котушці abcd постійно змінюється, щітка A завжди стикається зі стороною котушки в діапазоні полюса N, а щітка B завжди стикається з сторона котушки в діапазоні S-полюса. Контактні, їх полярність завжди однакова. В результаті змінний струм у котушці стає постійним у зовнішньому колі після випрямлення мідним листом і щіткою. Ці дві напівкруглі мідні пластини називаються комутаторними пластинами, а разом вони називаються комутаторами.
2. Основний принцип роботи двигуна постійного струму
Принцип роботи генератора постійного струму був обговорений вище, тепер давайте' обговоримо, як працює двигун постійного струму.
Якщо ротор двигуна постійного струму не приводиться в рух від первісного двигуна, а його щітки A і B підключені до джерела живлення постійного струму з напругою U (як показано на малюнку 2), що станеться? З малюнка видно, що щітка A — це позитивний потенціал, B — негативний потенціал, струм у провіднику ab в діапазоні полюсів N протікає від a до b, а струм у провіднику cd у полюсі S. діапазон потоків від c до d. Як згадувалося раніше, провідники зі струмом піддаються дії електромагнітної сили в магнітному полі. Отже, обидва провідники ab і cd піддаються дії електромагнітної сили Fde. Відповідно до напрямку магнітного поля та напрямку струму в провіднику, використовуючи правило лівої руки двигуна, щоб судити, напрямок сили на стороні ab є ліворуч, а сторона cd — на право. Оскільки магнітне поле однорідне і в провіднику протікає однаковий струм, електромагнітна сила на стороні ab і cd однакова. Таким чином, котушка піддається дії електромагнітної сили і обертається проти годинникової стрілки. При повороті котушки до нейтральної поверхні магнітного полюса сила струму в котушці дорівнює нулю, а електромагнітна сила дорівнює нулю, але внаслідок дії інерції котушка продовжує обертатися. Після того, як котушка повернута наполовину, хоча положення ab і cd змінюються, ab повертається до діапазону полюсів S, а cd повертається до діапазону полюсів N, але завдяки дії комутатора і щітки він повертається до діапазону полюсів N. полюс Напрямок струму на стороні cd cd також змінюється з d на c, а струм на стороні ab під полюсом S — від b до a. Отже, напрямок електромагнітної сили Fdc залишається незмінним, а котушка все ще змушена обертатися проти годинникової стрілки. Видно, що напрямок струму в провідниках відповідно в діапазонах N і S полюсів завжди однаковий. Тому напрямок сили з двох сторін котушки також не змінюється. Таким чином, котушка може безперервно обертатися відповідно до напрямку сили. Крім того, за допомогою передачі шестерень або ременів та інших механізмів можна привести в рух інші робочі механізми.
З наведеного вище аналізу ми бачимо, що для того, щоб котушка оберталася в певному напрямку, ключовою проблемою є те, що коли провідник переходить з одного діапазону магнітних полюсів на інший, протилежний діапазон магнітних полюсів (тобто після того, як провідник проходить через нейтраль поверхні), струм у провіднику При цьому слід змінити напрямок. Коммутатори і щітки - це пристрої, які виконують це завдання. У генераторі постійного струму завданням комутатора і щіток є перетворення змінного струму в котушці в постійний для зовнішнього виведення; в двигуні постійного струму комутатор і щітки використовуються для перетворення вхідного постійного струму в котушку. Змінний струм. Можна помітити, що комутатор і щітка є незамінними ключовими компонентами двигуна постійного струму.
Звичайно, у справжньому двигуні постійного струму є не тільки одна котушка, але багато котушок міцно вбудовані в гніздо сердечника ротора. Коли струм проходить через провідник і обертається під дією сили магнітного поля, він приводить в рух весь ротор. Спин. Це основний принцип роботи двигуна постійного струму.
Порівнюючи принципи роботи генераторів постійного струму та двигунів постійного струму, можна помітити, що їх форми вхідної та вихідної енергії різні. Як згадувалося раніше, генератор постійного струму приводиться в рух від первісного двигуна, вхідною є механічна енергія, а виходом — електрична енергія; двигун постійного струму живиться від джерела живлення постійного струму, вхідною є електрична енергія, а вихідною енергією є механічна.
Існує два поширені типи двигунів змінного струму: синхронні двигуни та асинхронні двигуни, з яких частіше використовуються асинхронні двигуни.
Візьмемо для прикладу асинхронний двигун з короткозамкнутими клітинами: статор живиться трифазним змінним струмом для створення обертового магнітного поля. Магнітне поле розрізає ротор, в котушці ротора з короткозамкнутою кліткою індукується струм, і індукований струм знову створює магнітне поле. Між обертовим магнітним полем статора і магнітним полем, створеним ротором, існує взаємна сила, тому двигун обертається. Швидкість обертання ротора завжди нижча за синхронну швидкість магнітного поля статора.
Синхронний двигун змінного струму: трифазний змінний струм подається на статор для створення обертового магнітного поля; для створення магнітного поля на роторі необхідно збудження постійного струму. Магнітне поле ротора сприймає дію синхронного магнітного поля статора і обертається з синхронною швидкістю.