Чтение онлайн

В СССР выпускаются П. т. г. как общего применения (серия 2П), так и специального назначения, например П. т. г. для электросварки (серии ГСО и ГД; серии ПСУ и ПСГ с приводом от асинхронного электродвигателя, на токи 125—500 а, при напряжении 60—70 в ), электромашинные усилители (ЭМУ). В системах автоматического регулирования применяются тахогенераторы (микромашины) постоянного тока, имеющие большую точность, чем тахогенераторы переменного тока.

Лит. см. при ст. Постоянного тока машина

Л. М. Петрова.

Рис. 2. Внешние (a) и регулировочные (б) характеристики генераторов постоянного тока: 1 — с самовозбуждением; 2 — с независимым возбуждением; 3 — со смешанным возбуждением; I — ток в нагрузке; Iв — ток возбуждения; U — напряжение на зажимах генератора; Rв — сопротивление для регулирования тока возбуждения; n — частота вращения якоря генератора.

Рис. 1. Схемы возбуждения генераторов постоянного тока: а — независимое; б — самовозбуждение; в — смешанное; Я — якорь; Д — обмотки дополнительных полюсов; В — параллельная обмотка возбуждения; П — последовательная обмотка возбуждения; Iя — ток якоря; I — ток в нагрузке; Rв — сопротивление для регулирования тока возбуждения; Iв — ток возбуждения; rя — сопротивление обмотки якоря; rд — сопротивление обмотки дополнительных полюсов; rв — сопротивление параллельной обмотки возбуждения; rп — сопротивление последовательной обмотки возбуждения; rн — нагрузка.

Постоя'нного то'ка маши'на, 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 генератор, и как двигатель; так, например, работают тяговые двигатели подвижного состава и исполнительные двигатели мощных электроприводов постоянного тока. Действие генератора основано на явлении индукции электромагнитной . При вращении витка из электропроводящего материала в постоянном магнитном поле (рис. 1 ) в витке возникает переменная эдс с частотой

, где р — число пар полюсов магнитной системы, W — угловая скорость. Для преобразования переменной эдс в постоянное напряжение служит коллектор электромашинный . К пластинам коллектора подсоединяются концы витка (в реальной машине имеется большое число витков и коллекторных пластин). Для подключения внешней цепи служат угольные или графитные щётки, соприкасающиеся с пластинами коллектора. Работа двигателя основана на взаимодействии проводников с током и магнитного поля (см. Ампера закон ), что приводит к появлению электромагнитного вращающего момента.

Активными частями П. т. м. являются магнитные сердечники, обмотки статора и ротора (якоря) и коллектор (рис. 2 ). Магнитный сердечник статора состоит из стальной станины, шихтованных (набранных из стальных пластин) главных и массивных дополнительных полюсов. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения, на дополнительных — обмотка, соединённая последовательно с обмоткой якоря. Магнитопровод (сердечник) якоря также шихтованный; в его пазах расположена рабочая обмотка. Конструктивные элементы П. т. м. — вал, подшипники, подшипниковые щиты, токосъёмное устройство, вентилятор. Обмотка возбуждения создаёт основное магнитное поле. При подключении обмотки якоря к внешней цепи по ней проходит ток, создающий магнитное поле якоря. Результирующий поток в зазоре между статором и ротором благодаря влиянию магнитного поля якоря меньше, чем поле при холостом ходе (когда цепь отключена). Размагничивающее действие магнитного поля якоря обусловлено насыщением и увеличением магнитного сопротивления полюсных наконечников.

При работе П. т. м. может появляться искрение под щётками в процессе коммутации тока. При прохождении секции обмотки якоря из зоны одной полярности (например, N ) в зону др. полярности (S ) направление тока в ней меняется на обратное. Вследствие этого в секции, замкнутой накоротко щёткой, индуктируется т. н. реактивная эдс. Она представляет собой сумму эдс самоиндукции, обусловленной изменением тока, и эдс взаимоиндукции (если коммутируются одновременно несколько секций). Помимо этого, в коммутируемой секции возникает т. н. эдс вращения, обусловленная перемещением секции в поле якоря, которое в зоне коммутации имеет наибольшую величину. Эти эдс вызывают замедление изменения тока, увеличение плотности тока под сбегающим краем щётки и искрение под щётками. Для компенсации реактивной эдс в коммутируемой секции применяют дополнительные полюса, изменяющие направление поля якоря в зоне коммутации. Наличие коллектора и щёточного устройства усложняет конструкцию, обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкую надёжность П. т. м.

Первый двигатель постоянного тока, пригодный для практических целей, был построен Б. С. Якоби в 1838. Двигатель получал питание от гальванических батарей и использовался для привода гребного вала лодки. Первый генератор постоянного тока создан также Якоби в 1842. Вначале в П. т. м. использовались постоянные магниты. Существенным шагом вперёд явилось применение электромагнитов. В 1859 А. Пачинотти изобрёл электродвигатель с кольцевым якорем, который был усовершенствован З. Т. Граммом в 1869. Начало широкого промышленного применения П. т. м. относят к 70-м гг. 19 в., когда Ф. Хефнер-Альтенек заменил кольцевой якорь барабанным, упростив тем самым конструкцию П. т. м. и увеличив вдвое её мощность. В таком виде П. т. м. сохранилась практически без изменений, усовершенствования касались главным образом применения лучших изоляционных и конструкционных материалов, более прогрессивной технологии, разработки точных методов расчёта и оптимизации габаритов. П. т. м. были созданы и получили промышленное применение ранее машин переменного тока, но утратили доминирующее положение после изобретения М. О. Доливо-Добровольским системы трёхфазного тока (1889). П. т. м. использовались лишь в отдельных областях, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне: генераторы — как возбудители синхронных машин, сварочные генераторы, в системах генератор-двигатель; двигатели — в электроприводах на транспорте, в металлургии (на мощных прокатных станах) и т.п. Однако с 50-х гг. 20 в. сфера применения П. т. м. вновь расширилась: П. т. м. средней мощности стали применять как электромашинные усилители (ЭМУ), а микроэлектромашины — в системах автоматического регулирования и в бытовых электрических устройствах. Микродвигатели постоянного тока имеют лучшие характеристики, больший диапазон регулирования по частоте вращения и более высокую точность регулирования, чем микродвигатели переменного тока. В то же время П. т. м. утрачивают своё значение как возбудители синхронных машин, на смену им приходят ионные и полупроводниковые системы возбуждения.

В СССР созданы серии П. т. м., которые полностью удовлетворяют потребность в такого рода электрических машинах. В 70-х гг. разработанная ранее серия П (диапазон мощностей 0,3—1400 квт, напряжение 110/220/440 в ) заменяется новой серией 2П, показатели которой соответствуют современным требованиям энергетики. Помимо серийных, существует большое разнообразие специальных П. т. м.: электромашинные усилители, сварочные генераторы, генераторы для гальванических процессов и электролиза, униполярные П. т. м. Применяемые в бытовой технике микромашины также различны как по конструкции, так и по режимам работы.

Лит.: Рихтер Р., Электрические машины, пер. с нем., т. 1, М. — Л., 1935; Петров Г. Н., Электрические машины, 2 изд., ч, 3, М. — Л., 1968; Брускин Д. Э., 3орохович А. Е., Хвостов B. C., Электрические машины и микромашины, М., 1971; Электротехнический справочник, 4 изд., т. 1, кн. 1, М., 1971.

Л. М. Петрова.

Рис. 1. Схема работы машины постоянного тока: N, S — полюса постоянного магнита; I — ток в нагрузке; 1 — щётки; 2 — пластина коллектора; 3 — виток провода на якоре машины; 4 — нагрузка.

Рис. 2. Машина постоянного тока: 1 — коллектор; 2 — обмотка возбуждения; 3 — станина; 4 — главные полюса; 5 — магнитопровод якоря; 6 — рабочая обмотка якоря; 7 — дополнительные полюса; 8 — обмотка дополнительных полюсов.

Постоя'нного то'ка усили'тель , транзисторный или ламповый усилитель сколь угодно медленно меняющихся электрических сигналов. П. т. у. обычно используют в приборах измерительной техники и автоматики (в сочетании с разного рода датчиками, например фотоэлементом , термопарой и др.), при измерении малых токов и зарядов (так называемый электрометрический П. т. у.), а также в электронных аналоговых вычислительных машинах — в качестве операционных усилителей (см. Решающий усилитель ). При проектировании и эксплуатации П. т. у. особое внимание уделяют уменьшению медленных изменений (дрейфа) выходного напряжения или тока в отсутствие входного сигнала, которые обусловлены рядом неконтролируемых факторов: старением элементов усилителя, колебаниями температуры окружающей среды и напряжения электропитания и др.

Различают П. т. у. прямого усиления и с преобразованием по частоте. Особенность П. т. у. прямого усиления (рис. 1, 2 ) — отсутствие в цепях связи между усилительными каскадами реактивных элементов (конденсаторов, трансформаторов). В таких П. т. у., исторически более ранних, проблема дрейфа решается непосредственным уменьшением его в каждом из каскадов усилителя и прежде всего — во входном. С этой целью используют дифференциальные каскады (рис. 2 ), в которых минимизация разностного дрейфа на выходе достигается тщательным симметрированием обоих плеч. В П. т. у. с преобразованием по частоте (рис. 3 ) проблема дрейфа решается путём преобразования (модуляции) входного, медленно меняющегося сигнала с помощью вспомогательных колебаний (т. е. преобразованием входного сигнала в сигнал на частоте вспомогательных колебаний с амплитудой, пропорциональной амплитуде на входе), после чего преобразованный сигнал усиливается бездрейфовым (с реактивными элементами связи между каскадами) усилителем, а затем путём детектирования (демодуляции) вновь преобразуется в сигнал, повторяющий форму входного.

У современных (1975) П. т. у. — интегральных операционных усилителей коэффициент усиления доходит до 106 , их полоса пропускания в пределах от 0 до 100 Мгц, а дрейф в течение длительного времени (несколько десятков часов) и в широком диапазоне температур (от —60 до +100 °С) не превышает нескольких десятков мкв.

Лит.: Эрглис К. Э., Степаненко И. П., Электронные усилители, 2 изд., М., 1964.