Основным видом машины постоянного тока является коллекторная. Принцип ее работы излагается на примере генератора в его простейшем исполнении (рис. 256, а). Внутри неподвижной магнитной системы чередующейся полярности помещен виток, стороны которого при
- вращении описывают окружность. Магнитное поле предполагается равномерным. При вращении витка с неизменной скоростью в его сторонах аб и cd индуктируется синусоидальная э. д. с. , аналогично тому, как это было при вращении магнитного поля относительно витка, когда рассматривалось образование э. д. с. в синхронном генераторе.
Рис. 256. Простейшая модель генератора постоянного тока.
Рис. 257. Модель машины постоянного тока с двумя витками на якоре.
Выпрямление переменной э. д. с. витка в э. д. с. постоянного знака на зажимах машины происходит при помощи устройства, называемого коллектором, который в простейшем виде в рассматриваемом примере представляет собой два полукольца, изолированных друг от друга, к которым присоединены концы витка. На эти полукольца, вращающиеся вместе с присоединенной к ним стороной витка, наложены неподвижные щетки.
Для выяснения принципа выпрямления проследим процесс образования э. д. с. в витке и возникновения разности потенциалов между полукольцами, которые назовем коллекторными пластинами.
Согласно правилу правой руки, в положении витка, изображенном на рисунке 256, а, в верхней его стороне ab э. д. с. направлена «к нам», в нижней cd — «от нас». Если к щеткам подключить внешнюю цепь, то в ней будет протекать ток от щетки А к щетке В. Следовательно, щетка А будет положительной ( +), щетка В — отрицательной (—).
Когда в процессе движения стороны витка аб и cd расположатся на нейтральной линии, э. д. с. витка пройдет через нулевое значение. Миновав нейтральную линию, каждая из сторон витка окажется в магнитном поле другого знака, и э. д. с. в витке изменит направление.
Но именно в тот момент, когда виток своими сторонами переходит в зону действия поля другого знака, связанные с его концами коллекторные пластины покидают щетки, с которыми они соприкасались до подхода к нейтральной линии, и начинают соприкасаться каждая е другой щеткой. Следовательно, знак э.д.с. на щетках не изменяется, так как каждая из них касается коллекторной пластины, когда соединенная с пластиной сторона витка находится в сфере действия полюса определенной полярности. Кривая э.д.с. на щетках изображена на рисунке 256, в, полярность щеток не меняется, и, следовательно, ток во внешней цепи остается по направлению постоянным.
Чтобы усовершенствовать рассмотренную принципиальную схему, то есть увеличить значение и уменьшить пульсацию э.д.с., заменяют виток катушкой, смещая катушки относительно друг друга в пространстве. На рисунке 257, а показан генератор с двумя витками, сдвинутыми в пространстве на 90°; каждый из витков присоединен к своей паре коллекторных пластин. Электродвижущие силы витков соответственно сместятся во времени, и пульсация э.д.с. на щетках генератора заметно уменьшится (сплошная линия по верхушкам кривых на рис. 257,6). Увеличивая число витков (катушек) и соответственно число коллекторных пластин, можно уменьшить пульсацию до незначительной величины [см. выражение (324) и табл. 9].
