Схемы обмоток машин постоянного и переменного тока

ГЛАВА ПЕРВАЯ ОБМОТКИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Общие сведения

Электрические машины служат для преобразования механической энергии в электрическую или, наоборот, электрической энергии в механическую. В первом случае их называют генераторами, во втором — электродвигателями. Устройство электрических машин основано на двух физических явлениях. Первое явление, известное под названием закона электромагнитной индукции, состоит в том, что при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем появляется или, как говорят, индуктируется электродвижущая сила (э. д. с), причем эта э. д. с будет тем больше, чем больше силовых линий пересекает проводник в одну секунду. Второе физическое явление, на котором основано устройство электродвигателя, состоит в том, что проводник, по которому течет ток (если направление его не совпадает с направлением магнитных силовых линий) выталкивается из магнитного поля. Сила выталкивания тем больше, чем больше ток в проводнике, длина проводника (в магнитном поле) и индукция магнитного поля. Следует отметить, что выталкивание проводника с током из магнитного поля является необходимым следствием закона электромагнитной индукции и закона сохранения энергии. Действительно, при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем индуктируется э. д. с; очевидно, что при подключении к началу и концу этого проводника какого-либо сопротивления в образованной замкнутой цепи появится ток, и, следовательно, будет выделяться энергия. Но в природе, по закону сохранения энергии, могут иметь место только процессы преобразования энергии (механическая энергия с помощью электрических машин преобразуется в электрическую, электрическая энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и другие виды энергии), поэтому выделение электрической энергии в случае движения проводника в магнитном поле должно обязательно сопровождаться

Рис. 1-1. Машина достоянного тока.

затратой другого вида энергии. Так в действительности и происходит при появлении тока в проводнике, передвигаемом в магнитном поле: появляются силы, выталкивающие его из магнитного, поля в направлении, противоположном совершающемуся движению, и для движения проводника приходится затрагивать больше энергии, чем в том случае, когда тока в нем нет.

Во всякой электрической машине должна быть часть, посредством которой создается магнитный поток, и часть с проводниками, в которых индуктируется э. д. с. Но для этого необходимо, чтобы проводники перемещались в магнитном поле и пересекали его силовые линии или, наоборот, чтобы магнитное поле перемещалось и силовые линии пересекали проводники. То и другое устройства находят применение в современных электрических машинах.

Машина постоянного тока, устройство которой показано на рис. 1-1, обычно выполняется таким образом, что магнитный поток создается неподвижной ее частью, которую называют магнитной системой. Эта система состоит из станины 2, полюсов 2 и катушек полюсов 3. Ток, протекающий по катушкам полюсов, создает магнитное поле. Проводники, в которых индуктируются э. д. с, укладываются на вращающейся части машины 4, называемой якорем. Проводники 5, уложенные на якоре и соединенные определенным образом, представляют собой обмотку якоря. На рисунке также показаны добавочные полюсы б.

В проводниках обмотки якоря индуктируются э. д. с, переменные по направлению. При переходе проводника из-под полюса одной полярности (например, северного) под полюс другой полярности (южный) э. д. с в нем меняет направление. Для того чтобы получить постоянный ток, проводники обмотки якоря присоединяют к коллектору. Коллектор, как известно, представляет собой цилиндр, составленный из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга. С коллектора ток снимается неподвижными щетками, прижатыми к нему пружинами. Каким образом при помощи коллектора на щетках получается постоянная по направлению э. д. с, будет рассмотрено далее.

Соединения между проводниками обмотки якоря должны быть выполнены таким образом чтобы э. д. с их складывались. Последовательность соединения отдельных проводников между собой может быть разная и от нее зависит тип обмотки якоря.

В дальнейшем нам предстоит изучить правила соединения проводников и свойства различных типов обмоток якорей. В процессе совершенствования машин постоянного тока конструкция якоря и якорные обмотки подверглись весьма существенным изменениям.

Из применявшихся ранее конструкций якорей следует отметить кольцевой якорь (рис. 1-2). Кольцевой якорь представляет собой цилиндрическое кольцо с навитой на него проволокой, от которой через один или несколько витков сделаны присоединения к коллектору. Изобретение кольцевого якоря (1859 г.) имело большое значение в развитии машин постоянного тока, так как он был значительно совершеннее ранее применявшихся. Кольцевые якори в настоящее время не применяются, их можно встретить только в старых машинах. Однако обмотки кольцевого якоря являются наиболее простыми для понимания, а потому знакомство с ними весьма полезно для изучения более сложных обмоток современных барабанных якорей.