Естествознание

В предыдущем параграфе мы фактически рассмотрели принцип работы электродвигателя постоянного тока. Прочтите еще раз первый абзац на обороте страницы ... Из прочитанного следует, что для постоянного вращения рамки с током в магнитном поле необходимо устройство, регулирующее поступление тока. Такое устройство - коллектор - было изобретено в XIX веке. В простейшем случае он представляет собой два металлических полукольца, насаженных на общую с рамкой ось. Рассмотрим работу модели электродвигателя с таким коллектором.

Концы рамки 1 припаяны к металлическим полукольцам 2 и 3. При помощи пластин 4 и 5, а также проводов 6 и 7 к полукольцам подводится ток. Рамка помещена между разноименными магнитными полюсами S и N. Чтобы рамка могла вращаться, она при помощи двух планок из оргстекла 8 и 9 удерживается на оси 10. Поскольку пластины 4 и 5 (говорят: щетки) прижаты к поверхности полуколец, то, чтобы избежать их замыкания, между ними вставлен диск 11 из оргстекла.

Чтобы при вращении рамки полукольца 2 и 3 отличать друг от друга, выкрасим их изнутри красной и синей краской соответственно; так же окрасим левую и правую стороны проволочной рамки.

Подключим провода 6 и 7 к источнику постоянного тока. Поскольку рамка находится в магнитном поле, она начнет поворачиваться. Рамка, описанная в предыдущем параграфе, останавливалась, пройдя пол-оборота. Рамка с коллектором же, как показывают опыты, будет вращаться непрерывно. Выясним, почему это происходит.

На левом рисунке показано, что сначала красная сторона рамки находилась около южного (S) полюса магнита, и красное полукольцо касалось щетки со знаком "+". Ток, начиная от нее свой путь, проходил сначала через красную, а затем через синюю половину рамки, достигая щетки со знаком "-". Повернувшись на пол-оборота, рамка окажется красной стороной около северного (N) полюса магнита.

Поворачиваясь в магнитном поле, рамка поворачивает и полукольца коллектора (правый рисунок). Поскольку полукольца жестко прикреплены к рамке, то красное полукольцо окажется теперь справа, около щетки со знаком "-". Следовательно, ток, по-прежнему начиная свой путь от щетки "+", будет двигаться теперь сначала через синюю половину рамки, а затем - через красную ее половину. Пройдя следующие пол-оборота, рамка самостоятельно вернется в прежнее положение.

Итак, роль коллектора двигателя сводится к переключению направления тока в рамке на противоположное каждые пол-оборота.

Настоящие электродвигатели имеют не одну вращающуюся рамку (или обмотку), а целое их множество, расположенные так, что их общая форма напоминает цилиндр. Разумеется, что количество контактов на коллекторе теперь будет не два, а гораздо больше (рисунок справа).

Обмотки и коллектор, укрепленные на сердечнике, образуют подвижную часть электродвигателя - ротор. Неподвижная часть двигателя называется статор. Он содержит магниты или электромагниты и одновременно является корпусом двигателя.