Для чего в машинах постоянного тока используется коллектор?

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.

Коллектор часть электромашин или электродвигателей

— так называется часть магнитоэлектрической или динамоэлектрической машины или двигателя, служащая для собирания и выпрямления токов, возбуждающихся в проводниках якоря во время вращения последнего в магнитном поле машины. К. динамо-машины (см.) переменного тока состоит из двух металлических колец, насаженных на вал машины, но изолированных от него и друг от друга. Кольца соединены соответственно с началом и концом обмотки якоря. По ним трутся во время вращения якоря щетки, снимающие с них ток и отводящие его во внешнюю цепь. В якоре динамо-машин постоянного тока возбуждается, в сущности, также переменный ток и в них К. служит также для выпрямления этого тока. На рисунке дана схема якоря динамо-машины постоянного тока с ее обмоткой и К.

Этот последний состоит из ряда ( a, b, c, d ) пластин, расположенных по образующим изолированного цилиндра, насаженного на вал якоря. Каждые две противоположно расположенные пластины соединены с двумя противоположными точками якорной обмотки. По ним трут щетки ( А и В ), перескакивающие по мере вращения якоря с одной пары пластин на другую. Пластины так соединены с частями обмотки, что щетки всегда находятся на определенной паре пластин в тот момент, когда в ней индуктируется ток одного определенного направления. Благодаря этому, в цепи, соединенной со щетками, ток получается хотя толчками, но в одном направлении. Чем больше число частей (секций), на которые разбита обмотка, а, следовательно, чем больше пластин в К., тем чаще толчки и тем ток ближе к равномерности. К. динамо-машин постоянного тока (см. рисунки к статье Динамо-машины) состоит обыкновенно из ряда медных, бронзовых или стальных пластин, помещенных рядом по образующим изолирующего цилиндра, надетого на вал машины, и стянутых вместе по концам гаечными кольцами. Отдельные пластины изолируются от соседних прослойками из фибры (см.) или слюды; иногда изолятором служит воздушный слой между ними. Когда К. собран, ему придают на станке правильную цилиндрическую форму. Концы пластин посредством припайки, или иначе, соединяются с соответственными точками обмотки. Число пластин на К. зависит от электровозбудительной силы машины; обыкновенно его выбирают так, чтобы разность потенциалов между соседними пластинами не превышала 4—5 вершков. Диаметр К. зависит от числа пластин и от скорости вращения якоря. Иногда (новый тип машин Сименса) устраивают машины с внешним К., в которых сама обмотка представляет К. и щетки трут по обнаженной поверхности якоря. Щетки делаются либо из пучков тонких медных проволок и пластин, либо из свернутой проволочной ткани; в электродвигателях часто применяют щетки из угольных пластин. Щетки закрепляются в особых пружинящих зажимах (называемых щеткодержателями), слегка прижимающих их к К.; щетки прилегают к К. почти касательно или перпендикулярно к поверхности его. Щетки должны правильно стоять, чтобы в месте соприкосновения их с К. не происходило сильного образования искр; они должны не слишком сильно нажимать на К., чтобы не слишком стирать его поверхности. Истертый К. чистят во время вращения наждачной бумагой, сильно же подержанный снова обтачивают на станке. Главные условия правильного действия К.: правильность его цилиндрической формы, правильная установка щеток, чистота его поверхности, исправность изоляции.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Смотреть что такое «Коллектор часть электромашин или электродвигателей» в других словарях:

Коллектор, часть электромашин или электродвигателей — [Иногда его называют коммутатором.] так называется часть магнитоэлектрической или динамоэлектрической машины или двигателя, служащая для собирания и выпрямления токов, возбуждающихся в проводниках якоря во время вращения последнего в магнитном… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ — машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном … Энциклопедия Кольера

Коллектор электромашинный

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Смотреть что такое «Коллектор электромашинный» в других словарях:

Коллектор (собиратель) — Коллектор (от позднелат. collector ‒ собиратель), 1) учреждение, производящее сбор и распределение чего либо (например, Коллектор библиотечный). 2) Лицо, производящее сбор и опись каких либо образцов (например, горных пород, почв и др.). 3)… … Большая советская энциклопедия

Коллектор — (Collector) Определение коллектора, виды коллекторов, примененеие Информация об определении коллектора, виды коллекторов, примененеие Содержание Содержание Определение В технике Финансовое Прочее канализационный Коллектор (электротехника)… … Энциклопедия инвестора

Коллектор — I Коллектор (от позднелат. collector собиратель) 1) учреждение, производящее сбор и распределение чего либо (например, Коллектор библиотечный). 2) Лицо, производящее сбор и опись каких либо образцов (например, горных пород, почв … Большая советская энциклопедия

Постоянного тока машина — электрическая машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (генератор) или обратное преобразование (двигатель). П. т. м. обратима, т. е. одна и та же машина может работать и как … Большая советская энциклопедия

Коммутатор — (новолат. commutator, от лат. commute меняю, изменяю) переключатель, распределитель, устройство, обеспечивающее посредством включения, отключения и переключения выбор требуемой выходной цепи (цепей) и соединение с ней входной цепи (цепей) … Большая советская энциклопедия

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ — один из самых важных видов энергии. Электроэнергия в своей конечной форме может передаваться на большие расстояния потребителю. См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА Производство и распределение электроэнергии. На районной (т.е.… … Энциклопедия Кольера

Коллекторная машина — электрическая машина (генератор, двигатель), у которой обмотка ротора соединена с Коллектором. Различают К. м. постоянного и переменного тока. К. м. постоянного тока достаточно широко распространены, по наличие коллектора ограничивает их… … Большая советская энциклопедия

Умформер — (нем. Umformer, Электромашинный преобразователь) электрическая машина для преобразования тока одной частоты в ток другой частоты. Например: преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого напряжения; … Википедия

Мотор-генератор — Умформер (нем. Umformer, Электромашинный преобразователь) электрическая машина для преобразования тока одной частоты в ток другой частоты. Например: преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого… … Википедия

электрическая машина — ▲ машина ↑ основываться на, электромагнитные волны электромашина машина, действие которой основано на явлении электромагнитной индукции. электромотор. | электродвигатель. линейный двигатель. | электрогенератор. генератор. турбогенератор.… … Идеографический словарь русского языка

Коллекторы электрических машин

В электрических машинах обычно применяют цилиндрические коллекторы, собранные из медных пластин 5 (рис. 1, а) клинообразного сечения, изолированных друг от друга прокладками 12. В пластинах с торцов выполняют выточки, которые придают им форму «ласточкина хвоста». Пластины от втулки 10 и нажимного кольца 3 изолируют манжетами 8, выполненными в виде колец конусной формы, и цилиндром 7.
Выточки должны быть такого размера, чтобы наружные поверхности манжет отделялись от пластин зазором 6. Благодаря этому конусные выступы на втулке и кольце при сближении их с помощью гайки 1 сжимают за «ласточкин хвост» пластины и прижимают их и прокладки друг к другу боковыми сторонами. Такое крепление пластин называется арочным.

В верхней части пластины со стороны якорной обмотки расположены петушки 9, которые представляют собой выступы с прорезями 11 для вкладывания проводников обмотки. В средних и крупных машинах, в которых диаметр коллектора намного меньше диаметра якоря, для удобства соединения обмотки 14 (рис. 35, б) с коллектором и экономии коллекторной меди в пластины 5 впаивают ленточные петушки 13.
Коллектор является одной из наиболее сложных и трудоемких частей электрической машины. Набор пластин и изоляционных прокладок должен быть прочно закреплен. Наружная (рабочая) поверхность коллектора, по которой скользят щетки, должна иметь строго цилиндрическую форму. Коллекторные пластины должны быть надежно изолированы друг от друга и других металлических деталей коллектора. Пыль и влага не должны проникать во внутренние полости коллектора, недоел иные для осмотра и чистки. Поэтому в коллекторах с арочным распором на манжеты накладывают бандаж 4, закрывающий зазор 6.

Рис. 1. Коллектор с креплением нажимными кольцами и арочным распором (а) и пластина с ленточным петушком (б)

Рис. 2. Коллектор со стяжными шпильками:
1,4 — нажимные кольца, 2 — коллекторная пластина, 3 — шпилька, 5 — ступица, 6 — гайка

Бандаж предохраняет также выступающую часть манжеты от расслаивания. Контровка гайки коллектора осуществляется винтом 2 или другим способом.
Медь имеет больший коэффициент линейного расширения при нагреве (17-10 * град-1), чем сталь (12-10-6 град-1).
Кроме того, температура коллекторных пластин выше, чем температура стальной втулки, так как пластины нагреваются трением о них щеток и проходящим по ним током. Это приводит к тому, что в рабочем состоянии пластины удлиняются больше, чем втулка.
Температурные деформации могут привести к бочкообразному выгибу коллекторных пластин и нарушению контакта щетки с коллектором. Деформации особенно значительны в крупных коллекторах с большой длиной пластин. Поэтому в таких коллекторах «ласточкин хвост» стягивают с помощью податливых элементов: шпилек 3 (рис. 2) или гайкой через упругое пружинящее кольцо.

При удлинении пластин относительно тонкие шпильки растягиваются. Такая конструкция помогает сохранить цилиндричность рабочей поверхности коллектора. Шпильки рассчитывают таким образом, чтобы их деформация при удлинении происходила в пределах упругости материала. Появление в них остаточных деформаций при нагреве может привести к ослаблению коллектора при его остывании.

Рис. 3. Коллектор па пластмассе
В быстроходных машинах при значительной длине коллектора центробежные силы, действующие на пластины, настолько велики, что могут вызвать продавливание манжет, а сами пластины прогнутся. В таких .машинах применяют коллекторы с бандажными кольцами 4 (рис. 3), в которых комплект из медных 8 и изоляционных пластин насаживают на конусную втулку 5, изолированную миканитом 6. Кольца от пластин также изолируют миканитом 7. Втулка с натягом насажена на вал 1 только со стороны петушков, чтобы вал не препятствовал удлинению коллектора при нагреве.

Рис. 4. Коллектор с бандажными кольцами
В осевом направлении пластины на втулке закрепляют гайкой 2, давление от которой передается через металлическую 3 и изоляционную 9 шайбы. В крайних бандажных кольцах протачивают канавки в виде «ласточкина хвоста» для размещения балансировочных грузиков.
В малых и средних машинах применяют коллекторы на пластмассе. В таких коллекторах во внутреннее отверстие цилиндра из медных и изоляционных пластин впрессовывается пластмасса 3 (рис. 4), которая охватывает крепежные выступы пластин 4. Пластмасса в такой конструкции удерживает пластины при работе машины. Поэтому для коллекторов применяют пластмассы высокой прочности. В случае необходимости пластмассовый корпус упрочняют стальными кольцами 5. Чтобы кольца не вызывали замыкания между пластинами, изоляционные прокладки 2 делают таких размеров, при которых они выступали бы за контур медных пластин внутри корпуса. Для повышения надежности посадки на вал в пластмассе корпуса располагают втулку I. Применение пластмассы упрощает конструкцию и удешевляет изготовление коллектора.
В электрических машинах наряду с цилиндрическими иногда применяют дисковые коллекторы, у которых пластины располагают на торцовой поверхности диска.