Инж. А. Н. Попов.
До сих пор мы занимались машинами переменного тока. Их принцип действия очень прост: виток провода вращается в магнитном поле, а электродвижущая сила, находящаяся в нем, снимается с концов витка особыми щетками, скользящими по двум кольцам. Эта электродвижущая сила переменна по величине и по знаку, т. е. за время одного оборота кольца она, начавшись с нуля, увеличивается до своего максимума, затем спадает до нуля, меняет направление (тем, что электроны в присоединенной цепи гонятся в обратном направлении) и затем претерпевает те же изменения, что за предыдущие полуборота.
Постоянный ток является результатом электродвижущей силы одного направления. Задача получения при помощи динамомашины постоянной электродвижущей силы состоит в том, чтобы выпрямить получающиеся в арматуре переменные. электродвижущие силы. Иначе говоря, нам нужно применить какой-то искусственный способ снимания напряжения, так чтобы у двух щеток действовали электродвижущие силы всегда одинакового направления. Как это делается мы сейчас увидим.
Представим якорь, вращающийся между полюсами постоянного магнита. Разрез его изображен на рис. 1. Пусть по поверхности якоря расположены проводники (их сечения обозначены кружками). Их соединения сделаем на торце якоря. На рис. 1 соединения, идущие на переднем торце якоря, обозначены сплошными линиями, а те, которые расположены на заднем торце — пунктиром.
Эти торцевые соединения будут все время параллельны магнитным силовым линиям. Следовательно, при вращении в них не будет наводиться никакой электродвижущей силы. Они нам не интересны, и мы дальше говорить о них не будем. В тех проводах, которые находятся на поверхности якоря, электродвижущие силы будут. Если принять во внимание расположение полюсов и направление вращения якоря, которое показано стрелкой, то не трудно сообразить, что в тех проводах, которые находятся налево от линии АВ, направление электродвижущих сил будет за чертеж, а в тех, которые расположены направо — из-за чертежа.
От проводов 2—7, 1—4, 3—6 и 5—8 сделаем отводы к медным пластинкам (конечно, изолированным друг от друга). К двум из них a и b приложим щетки и замкнем их на какое-нибудь сопротивление (рис. 1).
Пойдем от щетки a вверх, к проводу 8. Так как его электродвижущая сила направлена от нас, то ток в проводе, находящемся на заднем торце, между проводами 8 и 3, пойдет, как указано стрелкой. Обойдя провода 8, 3, 6 и 1, мы выйдем к щетке b и далее через внешнее сопротивление попадем опять к щетке a.
Другой путь обхода по обмотке будет такой: a, 5, 2, 7, 4, b. Мы видим, что в машине получились две параллельные ветви. Обе они питают внешнюю цепь. Более наглядно это изображено на рис. 2. Мы видим, что в каждой из двух ветвей нашей обмотки складываются четыре электродвижущие силы, причем они всегда направлены от a к b. Ток во внешней цепи пойдет от b к a.
Если мы повернем весь якорь, так что на место a и b станут две другие пластинки, то картина от этого не изменится: во внешней цепи ток попрежнему будет итти от b к a. Мы получим постоянный ток. Очевидно, что щетка b будет плюсом, щетка a — минусом.
Совершенно очевидно, что пластинки, вроде a и b, которые дают вывод витков к щеткам, должны быть расположены по цилиндру на валу динамомашины, так чтобы щетки легко скользили по ним и давали короткое соединение то с той, то с другой парой. Этот набор пластин называется коллектором и служит отличительным признаком машин постоянного тока. Мы взяли здесь для простоты только восемь проводов и четыре пластины коллектора. Обычно число проводов на якоре значительно больше. Соответственно этому увеличивается число коллекторных пластин.
Машины постоянного тока делаются обычно многополюсными. Принцип действия остается тем же, только увеличивается число щеток, которое всегда равно числу полюсов.
Далее нужно сказать, что постоянные магниты в динамомашинах не употребляются. Магнитное поле создается электромагнитами. Ток для их питания берется от самой машины. Это так называемое «возбуждение» можно взять тремя способами: включить магниты последовательно с внешней цепью, как показано на рис. 4 (сериэс-динамо); включить ее параллельно (рис. 5) (шунт-динамо) и, наконец, питать магниты обоими способами одновременно (компаунд-динамо). Все эти динамомашины обладают различными свойствами, на которых мы здесь останавливаться не будем.
Необходимо еще отметить следующее. Может возникнуть вопрос: как возбуждается машина в начале пуска в ход, пока еще нет тока во внешней цепи. Здесь можно иметь в виду, что любой электромагнит не размагничивается до конца, когда в нем прекращается ток. За счет этого «остаточного» магнетизма и происходит возбуждение машин в момент пуска в ход.
1) См. "Радио Всем", №22 за 1927 г.