Двигатель постоянного тока

      Вращая генератор постоянного тока какой-нибудь внешней силой, мы затрачиваем определенную механическую мощность Pмех, а в сети получаем соответствующую злектрическую мощность  Рэл. Проделаем теперь с генератором постоянного тока обратный опыт. Подключим к зажимам генератора какой-нибудь внешний источник тока, например аккумуляторную батарею, и пропустим ток от этого источника через индуктор и якорь генератора, соединенные последовательно или параллельно, как на рисунке 1. Мы увидим, что тотчас же якорь генератора прийдет во вращение. Соединив вал якоря со станком, мы можем привести в движение и станок. Генератор будет теперь работать как  электрический двигатель. Теперь превращение энергии происходит в обратном направлении: мы затрачиваем определенную электрическую мощность Рэл, которую мы заимствуем от внешнего источника тока, и превращаем ее в соответствующую механическую мощность Рмех.

индуктор

якорь                               Шетки  коллектора                

                                                             к сети

Рис. 1.

     Происхождение сил, создающих действующий на якорь электродвигателя вращающий момент, понять не трудно. Когда мы пропускаем ток через витки якоря, находящиеся в магнитном поле индуктора, то на них действуют силы, перпендикулярные к  направлению тока и направлению индукции магнитного поля; направление  этих  сил может быть определено по правилу левой руки.

      На рисунке 2 показаны силы, действующие на отдельные проводники обмотки(секции) якоря в момент, когда плоскость этой обмотки расположена под некоторым углом к направлению магнитного поля. Легко видеть, что силы, действующие на проводники  bc, ag и de, лежащие в плоскости, перпендикулярной к оси вращения, всегда направлены параллельно этой оси. Поэтому они не создают вращающего момента якоря, а стремятся лишь деформировать(сжать или растянуть)  его обмотку. Силы же, действующие на проводники ab и cd, параллельные оси вращения, перпендикулярны к  этой оси  и создают вращающий момент, который и приводит во вращение вал якоря и связанные с ним валы станков, оси трамваев и т.п.

Рис. 2.

        Действующий на якорь механический вращающий момент имеет наибольшее значение тогда,  когда  соответствующая обмотка лежит в плоскости, параллельной направлению магнитного поля. По мере поворота обмотки этот  вращающий момент уменьшается и обращается в ноль, когда обмотка становится перпендикулярно к направлению поля.  В этом положении силы,  действующие на проводники ab и cd, лежат в одной плоскости (плоскости обмотки), так что они не создают вращающего момента, а стремятся только деформировать обмотку.  При дальнейшем повороте обмотки знак вращающего момента меняется, т.е. он начинает действовать в противоположную сторону. Поэтому если бы не было коллектора, то направление вращающего момента менялось бы после каждого полуоборота якоря, и длительное вращение было бы не возможно. Но, коллектор изменяет направление тока в обмотках как раз в те моменты, когда обмотка стоит перпендикулярно к линиям поля.  Благодаря  этому вращающий момент сохраняет свое направление и якорь вращается постоянно в одну сторону.

        Таким образом, когда машина работает как генератор постоянного тока, то роль коллектора заключается в выпрямлении переменного тока, индуцируемого в ее обмотках, а когда машина работает как двигатель, то коллектор таким же образом “выпрямляет” вращающий момент, т.е. заставляет машину длительно вращаться в одну сторону.

        Направление вращения коллекторного двигателя зависит от соотношения между направлением магнитного поля индуктора и направлением тока в якоре. ............