Принцип действия машин постоянного тока

Для получения во внешней цепи ЭДС неизменного направления можно использовать простейшую модель, изображенную на рис. 9,а.

Рисунок 9

В этой модели при вращении витка щетки А и В скользят по двум половинкам медного кольца, разрезанного точно по линии, проходящей через середину промежутка между полюсами, по так называемой геометрической нейтрали.

Половины колец изолированы друг от друга. Щетки находятся в контакте с двумя половинами колец. В положении, показанном на рисунке 9,а индуктированная ЭДС действует во внешней цепи от щетки А к щетке В. После прохождения витка через нейтраль направление ЭДС в витке изменяется на обратное, но при этом вследствие перехода щеток на другие половины кольца происходит переключение (коммутация) внешней цепи так, что ЭДС будет действовать во внешней цепи в прежнем направлении.

Если виток вращается в однородном магнитном поле, то ЭДС витка изменяется по гармоническому закону, а пульсирующая ЭДС между щетками при переключениях имеет неизменное направление (рис. 9,б).

Если несколько витков (m) расположить равномерно по окружности и разрезать кольцо на 2m секций, подсоединив концы витков к соответствующим секциям медного кольца, можно уменьшить пульсацию ЭДС.

При протекании тока нагрузки по проводникам в магнитном поле приведенной модели генератора на проводники витка действуют силы, направления которых определяются по правилу левой руки. Эти силы создают вращающий момент М_эм, действующий против направления вращения (рис. 9,в). Вращающий момент М_эм уравновешивается равным по значению и действующим в обратном направлении вращающим моментом М_вр, который создается внешним устройством. Такие направления токов проводников и моментов определяют режим работы схемы в качестве генератора. Если питать модель от какого-либо источника током другого направления, то изменятся направления сил, действующих на виток, и вращающего момента М_эм, который теперь будет действовать в сторону вращения, а приведенная модель может служить для получения механической энергии, следовательно, будет работать двигателем.

Изложенное определяет принцип обратимости, по которому электрическая машина может работать и в качестве генератора, и в качестве двигателя.