Общие сведения. Электрические машины постоянного тока могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости. В режиме генератора они преобразуют механическую энергию, подводимую к их валу от внешнего двигателя, в электрическую энергию постоянного напряжения, а в режиме двигателя осуществляют обратное преобразование: электрическую энергию постоянного тока преобразуют в механическую энергию, снимаемую с их вала.
Машины постоянного тока были первыми электрическими машинами – в 1838 г. академик Б. С. Якоби применил двигатель постоянного тока для привода шлюпки. С развитием техники переменного тока (70—80 годы XIX в.) удельный вес машин постоянного тока в общем выпуске электрических машин постепенно уменьшался и в настоящее время преобладающими являются машины переменного тока. Это объясняется более сложной конструкцией машин постоянного тока за счет коллекторно-щеточного узла и, как следствие, их более высокой стоимостью и меньшей надежностью. Вместе с тем у машин постоянного тока есть преимущества и специфические качества, обусловливающие их применение в современной технике. Так, диапазон и плавность регулирования частоты вращения у двигателей постоянного тока значительно шире, чем у двигателей переменного тока.
Генераторы постоянного тока применяются для питания различного рода устройств, работающих на постоянном токе, в том числе электрических двигателей постоянного тока. Двигатели находят широкое применение в тех случаях, когда механизм, приводимый во вращение двигателем, должен иметь широкий и плавный диапазон регулирования скорости: в мощных металлорежущих станках, на электрифицированном транспорте, в автоматике и т. п. Как генераторы, так и двигатели изготовляются промышленностью серийно мощностью от нескольких ватт до сотен киловатт.
Методические указания. При изучении данной главы основное внимание вначале следует уделить принципу действия генератора и двигателя постоянного тока, предварительно повторив из курса физики закон электромагнитной индукции и закон Ампера. Следует уяснить принцип обратимости применительно к машинам постоянного тока, обратив внимание на роль противодействующего и вращающего моментов, напряжения и ЭДС.
При изучении устройства машины важно понять назначение каждой части машины, особенно коллектора (связав его с принципом действия). Формулы, определяющие ЭДС машины (1.1) и электромагнитный момент (1.2), надо знать на память.
Явление реакции якоря и коммутацию рекомендуется рассматривать совместно.
В параграфах, относящихся к генераторам постоянного тока (§ 1.9— 1.12), важно, используя формулы (1.1) и (1.3), понять зависимость свойств генераторов и внешней характеристики от схемы включения обмотки возбуждения. Изучение процесса самовозбуждения генератора следует увязать с условиями самовозбуждения и возможными причинами невозбуждения генератора.
При изучении двигателей постоянного тока (§ 1.13, 1.14) важно, используя формулы (1.5) и (1.6), понять особенности пуска двигателя в ход, зависимость свойств двигателей и механических характеристик от схемы включения обмотки возбуждения. Следует иметь в виду, что физику работы двигателя при изменении режима работы (нагрузки, магнитного потока, напряжения и др.) можно понять, только усвоив роль противо-ЭДС как автоматического регулятора тока.
