Каково назначение коллектора в машинах постоянного тока

Коллектор — это система медных пластин, изолированных друг от друга и от вала якоря. К пластинам припаяны отводы от обмотки якоря. Для соединения коллектора с зажимами машины и внешней цепью служат скользящие контакты (щетки).

Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины .

Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щетки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса. На рис. 1. показан общий вид коллектора электрической машины .

Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис. 2, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В двумя тонкими кружками.

Щетки замкнуты на внешнее сопротивление тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электрический ток. Поэтому при рассмотрении работы коллектора можно говорить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электрическом токе.

Рис. 1. Коллектор электрической машины

Рис. 2. Упрощенное изображения коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока с помощью коллектора

Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 3, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендикулярно к ним.

Индуктированный ток из проводника В, соединенного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя внешнюю цепь, через щетку 3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.

Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке 3 ток будет возвращаться в рамку.

Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не изменилось .

В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет.

В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же порядке. Таким образом, направление индуктированного направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим сохранится и полярность щеток.

Рис. 4. Коллектор двигателя постоянного тока

Представление о характере изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 5. Из кривой видно, что наибольших значений ток достигает в точках, соответствующих 90° и 270°, т. е. когда проводники пересекают силовые линии непосредственно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, так как проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.

Рис. 5. Кривая изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором

Из кривой нетрудно заключить, что хотя направление тока во внешней цепи и остается неизменным, но величина его все время меняется в пределах от нуля до максимума.

Электрический ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, носит название пульсирующего тока. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Поэтому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровным.

В отличие от генераторов, в двигателях постоянного тока коллектор выполняет роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря. Если в генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный, то в электродвигателе роль коллектора сводится к распределению тока в обмотках якоря таким образом, чтобы в течение всего времени работы электродвигателя в проводниках, находящихся в данный момент под северным полюсом, ток проходил постоянно в каком-либо одном направлении, а в проводниках, находящихся под южным полюсом, — в противоположном направлении.

А. Крепление обмотки якоря.

Б. Электрическое соединение вращающейся обмотки якоря с неподвижными клеммами машины.

В. Выпрямление переменного тока в секциях обмотки якоря.

В каких проводах высокая прочность совмещается с высокой электропроводностью?

А. В стальных

Б. В алюминиевых

В. В сталеалюминевых

Каково назначение нейтрального провода?

А. Выравнивать сопротивление фаз.

Б. Выравнивать мощности фаз.

В. Выравнивать фазные напряжения.

III. Законы Кирхгофа.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 10

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Электрохимический эквивалент хрома 0,18*10 -6 кг/Кл.

Сколько хрома выделится при электролизе, если через электролит пройдет заряд 20 Кл

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

1. Как изменится сила взаимодействия между двумя заряженными телами с зарядами Q и q, если при q=const заряд Q увеличить в два раза и расстояние между зарядами также удвоить?

А. Остается неизменной.

Б. Увеличится в два раза.

В. Уменьшится в два раза.

Г. Уменьшится в четыре раза.

Симметричная нагрузка соединена звездой. Линейное напряжение 380 В. Каково фазное напряжение?

А. 380 В.

Б. 250 В.

В. 220 В.

Г. 127 В.

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов магнитоэлектрической системы?

А. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит изме­ряемый ток.

Б. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

В. Проводников, по которым проходит ток.

III. Магнитное поле и его характеристики. Электромагнитная сила.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 11

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. К источнику постоянного тока с ЭДС 125 В подключены последовательно три резистора R1=100 Ом, R2=30 Ом, R3=120 Ом. Определите ток в цепи, если r =0,5 Ом.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится сила взаимодействия между двумя заряженными телами, если разделяющий их воздух заменить дистиллированной водой?

А. Увеличится.

Б. Уменьшится.

В. Останется без изменений

Чему равно напряжение на вторичной обмотке трансформатора при холостом ходе?

Можно ли магнитоэлектрический прибор использовать для измерений в цепях переменного тока?

А. Можно.

Б. Нельзя.

В. Можно, если подключить через выпрямитель.

III. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Индуктивность.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 12

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с током в 25 А действует сила 0,05Н. Длина активной части проводника 5 см. Направления линий индукции и тока взаимного перпендикулярны.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Какова сила тока, если за один час при постоянном токе через поперечное сечение был перенесен заряд в 180 Кл?

А. 180 А.

Б. 0,05 А.

В. 3А.

Чему равен КПД трансформатора?

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов электромагнитной системы?

А. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

Б. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит ток.

В. Проводников, по которым проходит ток.

III. Назначение и классификация электрических машин.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 13

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Угловая чистота переменного тока равна 3140 с -1 . Определите период и частоту сигнала.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится сопротивление проводника, если его длину и диаметр увеличить в два раза?

А. Не изменится.

Б. Уменьшится в два раза

В. Увеличится в два раза

Что является свободными носителями заряда в полупроводнике типа p?

А. Электроны.

Б. Дырки.

В. Электроны и дырки.

На взаимодействии каких элементов основан принцип действия приборов электродинамической системы?

А. Магнитного поля катушки и ферромагнитного сердечника.

Б. Проводников, по которым проходит ток.

В. Постоянного магнита и рамки, по которой проходит ток.

III. Магнитные свойства вещества.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 14

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Генератор переменного тока имеет частоту вращения 2800 об/мин. Определить частоту, период и угловую частоту электрического тока, если число пар полюсов генератора равно 8.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как изменится проводимость проводника при увеличении площади S его поперечного сечения?

А. Увеличится.

Б. Уменьшится.

В. Не изменится

Какой электрический параметр оказывает непосредственное физиологическое влияние на организм человека?

А. Напряжение.

Б. Мощность.

В. Ток.

Г. Напряженность

Почему магнитопроводы высокочастотных трансформаторов прессуют из ферромагнитного порошка?

А. Для упрощения технологии изготовления.

Б. Для увеличения магнитной проницаемости.

В. Для уменьшения тепловых потерь.

III. Ферромагнетики. Намагничивание ферромагнетиков.

ОЦЕНКА ЗА ЭКЗАМЕН:_________________________

Председатель аттестационной комиссии____________________________________

ЭКЗАМЕНАЦИОННОЕ ЗАДАНИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Электротехника и электроника»

ГРУППА №________

Вариант № 15

Инструкция

Внимательно прочитайте задание.

Для выполнения задания №1 вы можете воспользоваться методическим материалом, имеющимся на специальном столе.

Время выполнения всех заданий – 30 мин.

Текст задания

I. Мгновенное значение тока i=16 sin157t(A). Определить амплитуду и действующее значение этого тока, и его период.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

II.

Как нагреваются провода из одного и того же материала одинаковой длины, но разного диаметра при одном и том же токе?

А. Провода нагреваются одинаково.

В машинах постоянного тока для выпрямления э.д.с. применяется коллектор, представляющий собой механический преобразователь, выпрямляющий переменный ток якорной обмотки в постоянный ток, проходящий через щетки во внешнюю цепь. Коллектор состоит из соединенных с витками обмотки якоря изолированных между собой пластин, которые, вращаясь вместе с обмоткой якоря, поочередно соприкасаются с неподвижными щетками, соединенными с внешней цепью. Одна из щеток всегда является положительной, другая — отрицательной.

Рис. 6 — Выпрямление э.д.с. при помощи коллектора: 1- медные пластины; 2 — виток обмотки якоря; 3 — щетки; 4 — внешняя электрическая цепь

Простейший коллектор имеет две изолированные между собой медные пластины, выполненные в форме полуколец (рис. 6), к которым присоединены концы витка якорной обмотки. Пластины коллектора соприкасаются с неподвижными контактными щетками, связанными с внешней электрической цепью. При работе машины пластины коллектора вращаются вместе с витками якорной обмотки. Щетки устанавливаются таким образом, чтобы в то же время, когда э.д.с. витка меняет знак на обратный, коллекторная пластина перемещалась от щетки одной полярности к щетке другой полярности. В результате этого на щетках возникает пульсирующее напряжение, постоянное по направлению (см. сплошную кривую 1 на рис. 3, в).

Рис. 7 — Устройство коллектора: 1 — корпус; 2 — стяжной болт, 3 — нажимное кольцо; 4 — изоляционная прокладка; 5 — «петушок» — часть коллекторной пластины, к которой припаивается конец секции обмотки; 6 — «ласточкин хвост» — часть коллекторной пластины, служащая для ее крепления; 7 — коллекторная пластина

Якорная обмотка состоит из большого числа секций, представляющих собой один или несколько последовательно соединенных витков. Конец каждой секции присоединяется к одной из изолированных коллекторных пластин, образующих коллектор (рис. 7). По мере увеличения числа секций уменьшается пульсация напряжения на щетках (рис. 8). При двадцати коллекторных пластинах разница между максимальной и минимальной величиной напряжения, отнесенная к среднему значению, не превышает 0,65%.

Коллектор является сложным и дорогим устройством, требующим тщательного ухода. Его повреждения нередко служат причиной серьезных аварий. Предпринимались многочисленные попытки создать бесколлекторную машину постоянного тока, однако построить ее принципиально невозможно, так как в многовитковой якорной обмотке, активные стороны которой последовательно проходят под полюсами разной полярности, в любом случае наводится переменная э.д.с., для выпрямления которой необходимо особое устройство.

Рис. 8 — Пульсация напряжения на щетках генератора постоянного тока: а — при двух витках на полюс; б — при большом количестве витков

Поэтому машинами постоянного тока называются электрические машины, у которых преобразование энергии происходит вследствие вращения якорной обмотки относительно неподвижного потока полюсов, а выпрямление тока в постоянный осуществляется коллектором (или иным выпрямителем, вращающимся вместе с якорем).

Вначале создавались машины постоянного тока. В дальнейшем они в значительной степени были вытеснены машинами переменного тока. Благодаря возможности плавного и экономичного регулирования скорости вращения двигатели постоянного тока сохраняют свое доминирующее значение на транспорте, для привода металлургических станов, в крановых и подъемно-транспортных механизмах. В системах автоматики машины постоянного тока широко используются в качестве исполнительных двигателей, двигателей для привода лентопротяжных самозаписывающих механизмов, в качестве тахогенераторов и электромашинных усилителей. Генераторы постоянного тока применяются главным образом для питания радиостанций, двигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, сварки и электрохимических низковольтных установок.

Оцените статью
Добавить комментарий