57. МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Превращение механической энергии в электрическую.

Явление возникновения электрического тока при движении проводника в магнитном поле широко используется в электрических генераторах. При движении проводника длиной в магнитном поле перпендикулярно вектору индукции В в нем под действием ЭДС индукции возникает электрический ток I. На проводнику током действует сила Ампера

Применив правило левой руки, можно убедиться, что направление вектора силы Ампера противоположно направлению вектора скорости движения проводника (рис. 202). Следовательно, для равномерного движения проводника к нему должна быть приложена внешняя сила равная по модулю силе Ампера но направленная в противоположную сторону: Эта сила при перемещении проводника на расстояние совершает работу, равную

Мы получили, что работа внешних сил, вызывающих движение проводника в магнитном поле, равна работе ЭДС индукции в электрической цепи.

Машина постоянного тока как электрический генератор.

Физический принцип действия машины постоянного тока как генератора основан на явлении возникновения ЭДС индукции в рамке из проводника при вращении ее в магнитном поле (рис. 203).

Основными частями машины постоянного тока являются индуктор, с помощью которого создается магнитное поле, якорь, в обмотке которого наводится ЭДС индукции, коллектор и электрические щетки. Коллектором называются изолированные друг от друга проводящие пластины, присоединенные к катушкам. По пластинам коллектора скользят электрические щетки, соединяющие концы обмоток с внешней Электрической цепью.

Если индуктор в машине постоянного тока неподвижен и является в этом случае статором машины, то якорь вращается и является ротором машины.

Якорь имеет стальной сердечник цилиндрической формы, концы обмоток якоря присоединены к пластинам коллектора.

При вращении якоря в магнитном поле индуктора в проводах его обмоток возникает ЭДС индукции.

С потребителями электрической энергии через скользящие контакты коллектора и электрических щеток соединяются концы той обмотки якоря, в которой в данный момент времени ЭДС индукции имеет максимальное значение.

Провода обмотки движутся перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. При этом между концами проводника возникает ЭДС индукции, которая прямо пропорциональна скорости и движения проводника в

магнитном поле, длине проводника I и индукции В магнитного поля. Поэтому на концах разомкнутой обмотки, содержащей витков, напряжение будет равно

Так как линейная скорость движения проводника связана с частотой вращения ротора и его радиусом выражением

то формулу (57.2) следует записать

Так как площадь рамки равна а магнитный поток Ф можно определить как то напряжение на выходе генератора равно

Машина постоянного тока как электродвигатель.

Замечательной особенностью машины постоянного тока является ее обратимость, т. е. возможность использования одной и той же машины как для преобразования механической энергии в электрическую, так и для преобразования электрической энергии в механическую.

Для использования машины постоянного тока в качестве электродвигателя через обмотку индуктора пропускают постоянный ток.

При подключении к щеткам постоянного напряжения возникает электрический ток в обмотке якоря и на провода обмотки со стороны магнитного поля действует сила Ампера

В проводах обмотки, расположенных на противоположных сторонах якоря, направления сил Ампера противоположны друг другу, и под действием этих сил якорь приходит во вращение (рис. 204). Электродвигатель может использоваться для приведения

Формулы

Закон сохранения электрического заряда

Закон Кулона

Напряженность электрического поля точечного заряда

Напряжение

Электроемкость

ЭДС

Закон Ома

Закон электролиза

Магнитная индукция

Сила Ампера

Сила Лоренца

Магнитный поток

Закон электромагнитной индукции

Индуктивность

ЭДС самоиндукции

(кликните для просмотра скана)

в движение колес электровоза, троллейбуса, трамвая, автобуса.

С помощью электродвигателя постоянного тока — стартера — производится запуск двигателя автомобиля. Например, рабочее напряжение стартера автомобиля «Жигули» — 12 В, сила тока в обмотке при максимальной мощности — 260 А, скорость вращения якоря — 1800 об/мин.