10.3. КОЛЛЕКТОР

Прежде чем говорить об устройстве якорной обмотки, присмотримся к тому, что делается в каждом из ее витков в отдельности. Обратившись еще раз к рис. 5.2, мы увидим, что в тот момент, когда плоскость витка перпендикулярна направлению магнитных линий, напряжение в нем будет равно нулю. Если к концам витка присоединена какая-нибудь нагрузка, то ток в ней в этот момент также равен нулю. В сложных обмотках, составленных из многих витков, плоскости которых не совпадают друг с другом, напряжение будет проходить нулевое значение не одновременно. Но как бы ни были расположены отдельные витки, нулевое значение напряжения будет наступать в одном и том же месте, а именно — на нейтральной линии. Очевидно, что нейтральная линия располагается симметрично относительно северного и южного полюсов. В частности, в четырехполюсной машине имеется не одна, а две нейтральные линии.

Рис. 10.5. Если пересоединять каждые полпериода генераторные концы, то ток у потребителя будет иметь постоянное направление

Предположим теперь, что в тот момент, когда ток в витке равен нулю, происходит пересоединение проводов, связывающих генератор с потребителем, т. е. с нагрузкой. Разметим как-нибудь концы вращающегося витка, например обозначим один конец цифрой 1, другой — цифрой 2, то же самое сделаем и с отходящими проводами, обозначив один из них цифрой 3, другой — цифрой 4 (рис. 10.5). В течение одного полупериода ток в витке генераторной обмотки направлен так, как показано на верхней схеме. Пусть на протяжении этого полупериода конец 1 соединен с концом 3, а конец 2 — с концом 4. Ток у потребителя направлен от конца 3 к концу 4.

После того как этот полупериод закончился, ток в генераторе изменит свое направление. Но в этот же момент времени происходит пересоединение нагрузочных концов, и теперь конец 1 соединен с концом 4, а конец 2 — с концом 3. Ясно, что ток потребителя по-прежнему направлен от конца 3 к концу 4.

Итак, направление тока у потребителя остается постоянным, но величина его будет меняться. В течение полупериода ток будет меняться по синусоиде, но по синусоиде выпрямленной. График такого тока показан на рис. 10.6. Его следует сравнить с графиком переменного тока. Ток следующего витка также будет выпрямленной синусоидой и, сложившись с током предыдущего витка, он сгладит колебания величин тока. При большом числе витков получается почти неизменный ток.

Устройство, служащее для подобного выпрямления, носит название коллектора.

В простейшем случае коллектор представляет собой две половины кольца, изолированные друг от друга. К этим полукольцам и присоединяются концы обмотки, в которой наводится переменное напряжение (рис. 10.7).

Рис. 10.6. Кривые тока в витке рис. 10.7

Рис. 10.7. Устройство коллектора генератора постоянного тока

К поверхности этих вращающихся полуколец прижаты неподвижно закрепленные угольные щетки, соединяющие обмотку генератора с внешней цепью.

Если установить щетки на нейтральной линии, то получим устройство, автоматически осуществляющее переключение, как раз соответствующее переключению, показанному на рис. 10.5.

На рис. 10.7 показано положение полуколец, при котором щетка 1 только что перескочила на кольцо, соединенное с проводом 1, а щетка II только что перескочила на кольцо, соединенное с проводом 2. Если ось магнитного потока направлена прямо за плоскость чертежа, то момент перехода щеток соответствует моменту, когда изменяется направление напряжения.

Если магнитный поток направлен от нас за плоскость чертежа и рамка вращается в направлении, показанном на чертеже стрелкой, то зажимы, к которым присоединяются щетки, могут быть обозначены знаками «+» (плюс) и «-» (минус), как это сделано на рис. 10.5. Эти знаки будут правильно указывать направление напряжения, получаемого от генератора (обязательно проверьте это самостоятельно, применяя правило правой руки).

Генератор с одной парой коллекторных пластин (два полукольца) будет давать ток, постоянный по направлению, но не по величине: за каждые полоборота ток возрастает от нуля до наибольшей величины и вновь спадает до нуля.