Постійного струму машина
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Постійного струму машина

Постійного струму машина, електрична машина, в якій відбувається перетворення механічної енергії в електричну енергію постійного струму (генератор) або зворотне перетворення (двигун). П. т. м. обратіма, тобто одна і та ж машина може працювати і як генератор, і як двигун; так, наприклад, працюють тягові двигуни рухливого складу і виконавчі двигуни потужних електроприводів постійного струму. Дія генератора засновано на явищі індукції електромагнітної . При обертанні витка з електропровідного матеріалу в постійному магнітному полі ( мал. 1 ) у витку виникає змінна едс(електрорушійна сила) з частотою, де р — число пар полюсів магнітної системи, W — кутова швидкість. Для перетворення змінної едс(електрорушійна сила) в постійну напругу служить колектор електромашинний . До пластин колектора під'єднуються кінці витка (у реальній машині є велике число витків і колекторних пластин). Для підключення зовнішнього ланцюга служать вугільні або графітні щітки, дотичні з пластинами колектора. Робота двигуна заснована на взаємодії провідників із струмом і магнітного поля (див. Ампера закон ), що приводить до появи електромагнітного моменту, що обертає.

  Активними частинами П. т. м. є магнітні сердечники, обмотки статора і ротора (якорі) і колектор ( мал. 2 ). Магнітний сердечник статора складається із сталевої станини, шихтованних (набраних із сталевих пластин) головних і масивних додаткових полюсів. На головних полюсах розташована обмотка збудження, на додаткових — обмотка, сполучена послідовно з обмоткою якоря. Магнітопровід (сердечник) якоря також шихтованний; у його пазах розташована робоча обмотка. Конструктивні елементи П. т. м. — вал, підшипники, підшипникові щити, токос'емноє пристрій, вентилятор. Обмотка збудження створює основне магнітне поле. При підключенні обмотки якоря до зовнішнього ланцюга по ній проходіт струм, що створює магнітне поле якоря. Результуючий потік в зазорі між статором і ротором завдяки впливу магнітного поля якоря менше, ніж поле при холостому ході (коли ланцюг відключений). Розмагнічуюча дія магнітного поля якоря обумовлена насиченням і збільшенням магнітного опору полюсних наконечників.

  При роботі П. т. м. може з'являтися іскріння під щітками в процесі комутації струму. При проходженні секції обмотки якорі із зони однієї полярності (наприклад, N ) в зону ін. полярності ( S ) напрям струму в ній міняється на зворотний. Внаслідок цього в секції, замкнутою накоротко щіткою, індукується т.з. реактивна едс(електрорушійна сила). Вона є сумою едс(електрорушійна сила) самоіндукції, обумовленій зміною струму, і едс(електрорушійна сила) взаємоиндукції (якщо комутуються одночасно декілька секцій). Окрім цього, в комутованій секції виникає т.з. едс(електрорушійна сила) обертання, обумовлена переміщенням секції в полі якоря, яке в зоні комутації має найбільшу величину. Ці едс(електрорушійна сила) викликають уповільнення зміни струму, збільшення щільності струму під збігаючим краєм щітки і іскріння під щітками. Для компенсації реактивною едс(електрорушійна сила) в комутованій секції застосовують додаткові полюси, що змінюють напрям поля якоря в зоні комутації. Наявність колектора і щіткового пристрою ускладнює конструкцію, обумовлює високу вартість і порівняно низьку надійність П. т. м.

  Перший двигун постійного струму, придатний для практичних цілей, був побудований Би. С. Якобі в 1838. Двигун отримував живлення від гальванічних батарей і використовувався для приводу грібного валу човна. Перший генератор постійного струму створений також Якобі в 1842. Спочатку в П. т. м. використовувалися постійні магніти. Істотним кроком вперед з'явилося вживання електромагнітів. У 1859 А. Пачинотті винайшов електродвигун з кільцевим якорем, який був вдосконалений З. Т. Грамом в 1869. Початок широкого промислового вживання П. т. м. відносять до 70-м-коду рр. 19 ст, коли Ф. Хефнер-Альтенек замінив кільцевий якір барабанним, спростивши тим самим конструкцію П. т. м. і збільшивши удвічі її потужність. У такому вигляді П. т. м. збереглася практично без змін, удосконалення стосувалися головним чином вживання кращих ізоляційних і конструкційних матеріалів, прогресивнішої технології, розробки точних методів розрахунку і оптимізації габаритів. П. т. м. були створені і отримали промислове вживання раніше машин змінного струму, але втратили домінуюче положення після винаходу М. О. Доліво-Добровольським системи трифазного струму (1889). П. т. м. використовувалися лише в окремих областях, де необхідне регулювання частоти обертання в широкому діапазоні: генератори — як збудники синхронних машин, зварювальні генератори, в системах генератор-двигун; двигуни — в електроприводах на транспорті, в металургії (на потужних прокатних станах) і т.п. Проте з 50-х рр. 20 ст сфера вживання П. т. м. знов розширилася: П. т. м. середньої потужності стали застосовувати як електромашинні підсилювачі (ЕМУ), а мікроелектромашини — в системах автоматичного регулювання і в побутових електричних пристроях. Мікродвигуни постійного струму мають кращі характеристики, більший діапазон регулювання по частоті обертання і вищу точність регулювання, чим мікродвигуни змінного струму. В той же час П. т. м. втрачають своє значення як збудники синхронних машин, на зміну їм приходять іонні і напівпровідникові системи збудження.

  В СРСР створені серії П. т. м., які повністю задовольняють потребу в такого роду електричних машинах. У 70-х рр. розроблена раніше серія П (діапазон потужностей 0,3—1400 квт, напруга 110/220/440 в ) замінюється новою серією 2П, показники якої відповідають сучасним вимогам енергетики. Окрім серійних, існує велика різноманітність спеціальних П. т. м.: електромашинні підсилювачі, зварювальні генератори, генератори для гальванічних процесів і електролізу, уніполярних П. т. м. Вживані в побутовій техніці мікромашини також різні як по конструкції, так і по режимах роботи.

  Літ.: Ріхтер Р. Електричні машини, пер.(переведення) з йому.(німецький), т. 1, М. — Л., 1935; Петров Р. Н., Електричні машини, 2 видавництва, ч, 3, М. — Л., 1968; Бруськин Д. Е., 3ороховіч А. Е., Хвостів B. C., Електричні машини і мікромашини, М., 1971; Електротехнічний довідник, 4 видавництва, т. 1, кн. 1, М., 1971.

  Л. М. Петрова.

Мал. 1. Схема роботи машини постійного струму: N, S — полюси постійного магніта; I — струм в навантаженні; 1 — щітки; 2 — пластина колектора; 3 — виток дроту на якорі машини; 4 — навантаження.

Мал. 2. Машина постійного струму: 1 — колектор; 2 — обмотка збудження; 3 — станина; 4 — головні полюси; 5 — магнітопровід якоря; 6 — робоча обмотка якоря; 7 — додаткові полюси; 8 — обмотка додаткових полюсів.