§ 8.15. УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА
В униполярной машине постоянного тока в отличие от обычных двух- или многополюсных машин при вращении якopя проводники его обмотки пересекают однонаправленное магнитное поле индуктора. Поэтому в них индуцируется постоянная по направлению ЭДС. Следовательно, в них не требуется иметь коллектор или полупроводниковый коммутатор. Одна из возможных конструктивных схем униполярной машины приведена на рис. 8.82. Магнитный поток возбуждения Фв создается кольцевыми катушками 3 и замыкается по кольцевому магнитопроводу 2 статора и ферромагнитному ротору 1. При этом в воздушном зазоре 4 между статором иротором магнитное поле имеет в активной зоне по всей окружности ротора одно направление (в данном случае магнитные силовые линии направлены из статора в ротор). На роторе установлены два контактных кольца 6, между которыми расположены проводники 8 обмотки якоря. При вращении ротора во всех проводниках 8 индуцируется постоянная ЭДС Е = Blav, где В — индукция в воздушном зазоре; la - продольная длина в активной зоне якоря; v — окружная линейная скорость якоря. На кольца 6 наложены щетки 5, к которым подключена нагрузка (в генераторах) или подается питание от внешнего источника электрической энергии (в двигателях). При этом ток якоря Iа поровну распределяется между параллельно включенными проводниками обмотки якоря.
 |
Рис. 8.82. Устройство униполярной машины |
В униполярных машинах магнитный поток якоря Фа действует размагничивающим образом на поток возбуждения Фв. Влияние потока Фа здесь значительно сильнее, чем в обычных машинах постоянного тока, так как магнитные силовые линии поля якоря имеют форму концентрических окружностей — проходят через ферромагнитные тела ротора и статора, имеющие малое магнитное сопротивление. В результате происходит сильное насыщение соответствующих ферромагнитных участков магнитной цепи машины, существенно уменьшающее поток возбуждения Фв. Для уменьшения размагничивающего действия потока якоря применяют компенсационную обмотку 7 и радиальные вставки 9 из немагнитной стали в статоре, значительно увеличивающие магнитное сопротивление контура, по которому проходит поток Фа. Такие же немагнитные вставки можно выполнить в роторе.
В униполярных машинах обмотку якоря можно выполнить не из отдельных проводников, (а в виде медной втулки, напрессованной на ротор; имеются также конструкции с полым немагнитным якорем, и с дисковым якорем.
Униполярные генераторы применяют для получения больших токов 103 ÷ 105 А при напряжении от единицы до сотен вольт в электрохимии, электрометаллургии, для питания мощных электромагнитов электрофизической аппаратуры и др. Они могут работать также в импульсном режиме при токах 105 ÷ 106 А. В ударном режиме ротор униполярного генератора, совместно с маховиком или без него, используется как накопитель кинетической энергии, которая при подключении нагрузки преобразуется в электрическую. Униполярные двигатели находят применение в установках, где требуется иметь минимальную индуктивность цепи якоря. При необходимости генерирования больших токов униполярные генераторы превосходят машины постоянного тока с коллектором, так как в них не требуется принимать мер для обеспечения удовлетворительной коммутации; кроме того, в них отсутствуют магнитные потери в стали и некоторые добавочные потери. Поэтому у них высокий КПД.
Недостатком этих машин является сложность выполнения токосъемных устройств. При больших токах вместо обычного щеточного аппарата для токосъема с контактных колец применяют жидкометаллические контакты. Для этого в зазор между кольцевыми электродами, расположенными на статоре и роторе, помещают легкоплавкий металл: ртуть (температура плавления • Тпл = 234 К), сплав натрия и калия (Тпл = 262 К) или сплавы калия с индием и оловом (Тпл = 300 К). При использовании жидкометаллических контактов в них резко уменьшаются электрические потери из-за малого падения напряжения в контакте, а также механические потери от трения по сравнению со щеточными контактами обычного типа.