11

2. KOMMUTÁTOROS GÉPEK.

Az egyenáramú gép

Felépítését p=1 és p=2 póluspárú esetben a 2.1. ábra mutatja.

a. a φ pólus- és a φa arma- b. a gép forgórész tekercselésének c. négypólusú gép túra fluxus kétpólusú gépnél villamos modellje

Az állórész elektromágnesét kiálló pólusok törzs

gerjesztik. Az így keletkező mágneses teret a φ p

teljesítményeknél az állórész állandó mágnes.

A forgórész mágnesét a hengeres vastestének ho

áram hozza létre. Az Amper törvény szerint legn

állórész mágnes É-i pólusa mellett mind befelé f

mellett pedig kifelé folyó áramot vivő vezetők h

létrehozott szolenoidszerű mágnes tengelye ⊥ az

állapotnak a forgórész vastestének forgása közbe

d.

én elhelyezett e

ólusfluxussal v

rnyaiban elhely

agyobb nyoma

olyó áramot viv

elyezkednek el.

állórész mágn

n is fenn kell m

2.1. ábra

gyenárammal átjárt tekercsek

esszük figyelembe. Kisebb

ezett tekercselésben folyó

tékot akkor kapjuk, ha pl. az

ő vezetők vannak, a D-i pólus

Azaz a forgórész áramok által

es tengelyére. Ennek az

aradni, hogy a nyomaték

12

egyirányú maradjon (2.1.a. ábra). Ezt úgy lehet elérni, hogy a forgórész hengerszimmetrikus,

önmagában zárt tekercselését sok helyen (5...200) meg kell csapolni, és a megcsapolásokat

egymáshoz képest elszigetelt kommutátor szeletekhez kivezetni. A kommutátor néhány (1...5)

szeletéhez szénkefe párok csatlakoznak (2.1.b. ábra). Így a pólusokhoz képest a kefék mindig

azonos ponton vezetik be- és ki az egyenáramot. a forgórész tekercselésébe. Az ábra

érzékelteti, hogy egy kommutátor szeletnyi elfordulás után az árameloszlás ugyanilyen lesz.

A valóságos tekercselés olyan, hogy a ⊕-szal jelölt (szaggatottan rajzolt) tekercsoldalak az

állórész É-i pólusa mellé kerülnek, a -tal jelöltek pedig a D-i pólus mellé, mint ez a 2.1.a.

ábrán látszik. A keféket összekötő vonal fölötti vezetőkben mindig egyirányú áramok lesznek.

A kefék elforgatásával az egész árameloszlás (a forgórész mágnes) elfordul, bár az ilyen

állapot a nyomaték képzése szempontjából célszerűtlen, mert pl. az É-i pólus mellett olyan

vezető is lesz, amire a többihez képest ellenkező irányú erő hat.

A forgórész mágnes tengelyének irányát tehát a kefék elhelyezkedése szabja meg. Az a „jó”

kefehelyzet, ami az említett árameloszlást biztosítja. Ennek beállítására a keféket elforgatható

hídra szerelik. Helyes kefebeállításnál az állórész mágneses tengelye és a forgórész mágneses

tengelye közötti terhelési szög forgás közben is β=900, ezért az Amper törvény alapján a

nyomaték:

M k Ia= ⋅ ⋅φ .

Az az érdekes helyzet áll elő, hogy bár a forgórész vasteste a tekerccsel együtt fizikailag

forog, a forgórész mágnes viszont áll az állandó forgórész áram eloszlás miatt. Ha a forgórész

ω-val forog, a forgórész áram eloszlása a forgórész vastestéhez képest (-ω)-val visszafelé

forog, ezért a pólusokhoz képest áll.

A keféken bevezetett egyenáram a forgórész tekercselésében váltakozó áramként jelenik meg,

hiszen a forgórész tekercsben folyó áram iránya attól függ, hogy a forgórész melyik

megcsapolásánál, melyik kommutátor szeleten történik az áram be- és kivezetés. A forgórész

forgása miatt ez a hely mindig változik a forgórész vastestéhez képest, csak a pólusokhoz

(kefékhez) képest állandó. A kefe és a forgó kommutátor együttese így váltóirányító feladatot

lát el.

Forgás közben a forgórész vezetői metszik a pólusok B indukció vonalait, így bennük a

mozgási indukció törvény szerint feszültség indukálódik. Az indukált váltakozó feszültség,

eloszlása az állórészhez képest állandó, mert az É-i pólus mellett elhaladó vezetőben mindig

egyirányú, a D-i pólus mellett másik irányú feszültség indukálódik. Ez a feszültség a keféken,

a kommutátor-kefe egyenirányító hatása miatt egyenfeszültségként észlelhető, mivel a

13

v

kommutátoron keresztül a kefék az eloszlás mindig azonos pontjához csatlakoznak, a

tekercselés mindig azonos pontjáról vesszik le a feszültséget. A legnagyobb egyenfeszültséget

a „jó” kefehelyzetben kapjuk, amikor a kefék az un. semleges vonalba vannak beállítva.

Az egy vezetőben indukált Ui1 váltakozó feszültség, mivel a viszonyok merőlegesek:

U B li1 = ⋅ ⋅ .

Ha a B indukció helyett bevezetjük a φ pólusfluxust és felhasználjuk, hogy v=ω.D/2, valamint

figyelembe vesszük a tekercselés többi jellemző állandóit, ezeket összevonva

végeredményben az

U ki = ⋅ ⋅φ ω

összefüggésre jutunk,

ahol k ugyanaz a gépállandó, mint a nyomaték képletnél.

A villamos forgógépeknek azt a tekercsét, amelyben feszültség indukálódik armatúrának

nevezzük, ezért itt a forgórész tekercselés neve armatúra, az árama az Ia armatúra áram.

Működés közben fellépő (kellemetlen) mellékjelenségek:

A forgórész vastestében is indukálódik nemkívánatos feszültség forgás közben, ami a

vastestben örvényáramokat hoz létre. Ezek csökkentésére a forgórész vastestét lemezelve

készítik. A forgórész vasteste át is mágneseződik, ezért benne átmágnesezési, hiszterézis

veszteség is keletkezik. Az örvényáram és a hiszterézis veszteség összegét vasveszteségnek

nevezzük.

További kellemetlen mellékjelenséget okoz maga a kommutáció is, mert az áram irányváltása

miatt önindukciós feszültség indukálódik a kommutáló menetekben. Másrészt az aramtúra

áram által létrehozott mágnestér eltorzítja ill. kis mértékben gyengíti a légrésben a pólusok

mezejét. Kényesebb esetekben a kommutációs feszültség csökkentésére segédpólusokat, az

armatúrareakció ellen pedig –nagyteljesítményű gépeknél- kompenzáló tekercselést

használnak.