Колекторний і щітковий апарат машини постійного струму складають одиницю, що викликає труднощі при конструюванні, виготовленні та експлуатації машини. Звідси і прагнення замінити цей вузол на безконтактний комутатор струму, що може бути виконано за допомогою керованих електроклапанів, особливо напівпровідникових.
Побудувати джерело постійного струму для електричної машини без механічного колектора нескладно. Для цієї мети може використовуватися синхронний генератор в поєднанні з напівпровідниковим випрямлячем постійного струму. Тому основним завданням є створення двигунів постійного струму з напівпровідниковими комутаторами. Існує два типи таких моторів. В обох типах обмотка якоря разом з напівпровідниковим колектором розташована на нерухомій частині машини (статорі), а котушка індуктивності є ротором машини. При цьому на роторі розташовані полюси у вигляді постійних магнітів або збуджуються постійним струмом через контактні кільця. У першому випадку мотор повністю позбавлений ковзних електричних контактів (безконтактний двигун).
На малюнку 1 показана принципова схема двигуна з використанням тієї ж замкнутої обмотки якоря 1, що і у звичайних машин постійного струму. Для простоти на малюнку 1 показаний двополюсний двигун з невеликою кількістю секцій в обмотці якоря. Роль колекторних пластин і щіток тут виконують керовані напівпровідникові вентилі - тиристори 1 ', 1 '', 2 ', 2 '' і так далі, що з'єднують обмотку якоря 1 з шинами 2. Шини 2 в свою чергу підключаються до мережі постійного струму.
Малюнок 1. Принципова схема двигуна постійного струму з напівпровідниковим колектором і обмоткою якоря постійного типу
У положенні ротора 3, показаному на малюнку 1, струм повинен проводитися тиристорами груп 2 ' -2 '' і 6 ' -6 ''. Припустимо, що струм проводять тиристори 2 ' і 6 ' '. Тоді струм І a = 2 × і a буде розподілена по обмотці якоря так, як показано на малюнку 1. Нехай при цьому створюється потік якоря Ф a , напрямок якого також показано на малюнку 1. Тоді виникає електромагнітний момент М , під впливом якого ротор буде обертатися за годинниковою стрілкою. Після того як ротор повернувся на 1/8 обороту, необхідно відключити тиристори 2 ', 6 '' і включити тиристори 3 ', 7 '', потім після того, як ротор повернувся на 1/8 обороту, включити тиристори 4 ', 8 '' і так далі. В результаті такого перемикання тиристорів, узгодженого з обертанням ротора, що розглядається машина працює як звичайна машина постійного струму і має ті ж характеристики.
 |
| Малюнок 2. Принципова схема двигуна постійного струму з напівпровідниковим колектором і обмоткою якоря змінного типу |
****
При великій кількості секцій мотор розглянутого типу має хороші властивості, але при цьому вимагає великої кількості тиристорів і складного пристрою для управління ними. Тому в даний час переважно використовуються двигуни зі схемою, показаної на малюнку 2.
У верхній частині малюнка 2 показана схема напівпровідникового перемикача, а в нижній - схематичний пристрій двигуна з числом пар полюсів 2 р = 2. На статорі цього двигуна є три обмотки ( «фази») А , В , С , зміщені по колу на 120°. Пристрій цих обмоток аналогічно пристрою обмоток якоря машин змінного струму. Кожна з обмоток при подачі струму створює магнітний потік, що діє уздовж своєї осі, в зв'язку з чим потоки окремих обмоток також зміщуються на 120°.
На всі три обмотки одночасно подається струм, причому напрямки струмів в них по черзі змінюються в послідовності, показаної на малюнку 3, а . З цього ж малюнка стає зрозуміло, як обертається в просторі магнітне поле обмотки якоря. В результаті взаємодії магнітного поля і котушки індуктивності останній буде обертатися слідом за полем якоря. Управління напівпровідниковим перемикачем здійснюється за тим же принципом, що і розглянутий вище мотор.
