Во многих случаях к машинам постоянного тока предъявляются такие требования, которым машины нормальной конструкции не удовлетворяют. Это привело к созданию ряда специальных типов машин постоянного тока. В данной главе кратко рассматриваются некоторые типы подобных машин, которые получили распространение на практике или имеют перспективы такого распространения. Генератор с тремя обмотками возбуждения. В ряде случаев требуется, чтобы внешняя характеристика генератора имела вид, изображенный на рис. 11-1, а. При характеристике этого вида в широком диапазоне изменения напряжения U ток / изменяется мало и близок к току короткого замыкания /к. Такая круто падающая внешняя характеристика желательна, например, в случае электрической дуговой сварки, так как при этом ток в дуге мало зависит от ее длины и короткое замыкание (соприкосновение электрода- со свариваемым изделием) неопасно. Генераторы с такой характеристикой целесообразно использовать также для питания по схеме Г—Д электродвигателя механизма, работающего на упор, например экскаватора. В этом случае при застревании и остановке механизма ток и момент двигателя будут ограничены, в результате чего исключается возможность повреждения механизма или машины. Характеристику вида рис. 11-1, о можно получить в генераторе с тремя обмотками возбуждения: 1) независимой, 2) параллельной и 3) последовательной (рис. 11-1, б), н. с. которой направлена навстречу н. с. Fx F2 первых двух обмоток. Такие генераторы предложены инженером Ц. Кремером в 1909 г. Генераторы с тремя обмотками возбуждения в настоящее время применяются в мощных экскаваторах с электрическим приводом, на тепловозах для питания тяговых двигателей, а также в ряде других случаев. Генераторы с расщепленными полюсами также имеют круто падающую внешнюю характеристику. На рис. 11-2 изображен сварочный двухполюсный генератор, в котором каждый из полюсов N и S расщеплен на две части: с сердечниками нормального и уменьшенного сечения. Машина имеет две обмотки возбуждения, одна из которых расположена на широких сердечниках, а другая — на узких. Узкие сердечники насыщены сильно, а широкие — слабо. Якорь генератора (рис. 11-2) можно разбить на четыре сектора. Секторы аг и бе создают н. с. реакции якоря, которая направлена по оси широких сердечников полюсов и размагничивает их (см. рис. 11-2, где штриховые линии изображают магнитные линии потока реакции якоря). Поскольку эти сердечники слабо насыщены, то их поток с увеличением 1а значительно уменьшается, а при больших значениях 1а даже изменяет направление. Секторы аб и гв создают н. с. Однако вследствие сильного насыщения этих сердечников поток в них остается практически постоянным В результате суммарный поток сердечников полюсов N — N и сердечников полюсов S — S с увеличением 1а быстро уменьшается, вместе с тем резко падает также напряжение машины U, снимаемое с главных щеток айв. Напряжение между главной щеткой в и вспомогательной, или «третьей», щеткой б остается практически постоянным, так как индуктируется потоком узких полюсных сердечников, и используется для питания обмоток возбуждения. Ток обмоток широких сердечников регулируется сопротивлением RB, и при разных положениях реостата получаются внешние характеристики, показанные на рис. 11-3. В СССР с расщепленными полюсами изготовляются сварочные генераторы ПС с Ua = 35 в (напряжение холостого хода до 80 в) и до 500 а. Генераторы имеют также добавочные полюсы, расположенные между сердечниками главных полюсов N и S. Генераторы поперечного поля впервые были предложены немецким инженером Э. Розенбергом (1904 г.). В настоящее время они применяются главным образом для питания электрооборудования пассажирских вагонов железных дорог и работают параллельно с аккумуляторной батареей Эти генераторы приводятся в движение от оси вагона и в широком диапазоне изменения п дают U = const. Устройство двухполюсного генератора поперечного поля схематически показано на рис. 11-4. Кроме щеток 1 — 1, расположенных по геометрической нейтрали полюсов, машина имеет также щетки 2 — 2, сдвинутые от первых на 90°. Щетки 1 — / замкнуты накоротко, а щетки 2—2 соединяются с выводными зажимами. Поток возбуждения полюсов Фв индуктирует э. д. с. Е^ в цепи короткозам-кнутых щеток /—/, но не индуктирует э. д. с. в цепи щеток 2—2. Ток создает поперечный поток реакции якоря <Dj, замыкающийся через широкие наконечники полюсов. Этот поток индуктирует в цепи щеток 2—2 э. д. с. Ег, которая вызывает в цепи нагрузки ток /2. Одновременно ток /2 создает н. с. реакции якоря ^а. направленную по продольной оси полюсов и уменьшающую поток возбуждения. Такое действие F3 и обусловливает получение U ж const при изменении п. На якоре (рис. 11-4) во внешнем кольце показаны направления тока 1г, а во внутреннем — направления тока /2. В проводниках одних секторов якоря существуют токи /х -f- /г> а в проводниках других секторов — токи 1Х — /2. Зависимости /х, /2 и U2 от п изображены на рис. 11-5. Генератор возбуждается от аккумуляторной батареи исл= Одо/г= пх работает на холостом ходу (/2 = 0), При этом 1Х и иг = £а растут пропорционально п. При п— tii напряжение U2 = Е2 сравнивается с напряжением аккумуляторной батареи и автомат включает генератор на параллельную работу с батареей. С дальнейшим увеличением Ег при п > щ возникает ток нагрузки /а и н. с. реакции якоря F2- Под воздействием этой н. с. Фв начинает уменьшаться, вследствие чего уменьшаются также £1( 1г и Фх. Однако э. д. с. Е2 — сеФхп на щетках 2—2, а также напряжение £/а = Е* — Rah продолжают несколько расти. Начиная с некоторой скорости [/г и /а остаются практически постоянными. Советский инженер Л. Рашковский предложил помещать на полюсах генератора поперечного поля последовательную обмотку возбуждения, которая включается в цепь тока /а и компенсирует основную часть н. с. реакции якоря от этого тока. Такая компенсационная обмотка позволяет облегчить обмотку возбуждения и уменьшить ее мощность, а также улучшить характеристики генератора. Как нетрудно заметить, полярность генератора не зависит от направления вращения, что в случае параллельной работы с батареей является ценным свойством генератора. Вагонные генераторы рассматриваемого типа строятся на напряжение £/2 = 50 в и на мощность до Р = 5 кет. Однако в последнее время вместо таких вагонных генераторов начинают применять генераторы переменного тока с полупроводниковыми выпрямителями, преимущество котррых заключается в отсутствии коллектора. Электромашинные динамометры (менее удачные названия — балансирные машины или пендель-машины) служат для измерения вращающего момента двигателей внутреннего сгорания, а также электрических и других машин притих испытании. Электромашинный динамометр имеет две пары подвдипников, на которые опираются якорь и индуктор (рис. 11-6). Индуктор может поэтому свободно поворачиваться в пределах некоторого угла, ограниченного неподвижными упорами. Машина может работать как генератором, так и двигателем. При этом йа индуктор передаются те же моменты вращения, которые действуют на якорь (электромагнитный момент, момент от механических и магнитных потерь). Момент, действующий на индуктор и равный моменту, действующему на якорь, измеряется с помощью прикрепленного к индуктору рычага и специальных весов или гирь. Таким образом, определяется момент, действующий на вал динамометра. При этом возникает лишь небольшая погрешность, вызванная трением в одной паре подшипников и силами, которые соответствуют части потерь на вентиляцию. Эту погрешность можно учесть В СССР строятся электромашинные динамометры постоянного тока серии МПБ мощностью до 800 кет. Электромашинные динамометры можно также изготовить на базе любого типа машины переменного тока. Генераторы униполярных импульсов [42] применяются для электроэррзионной обработки металлов и вырабатывают ток в виде кратковременных быстро чередующихся импульсов одинакового направления. Получение такого тока достигается путем использования полюсов с узкими полюсными наконечниками и обмотки якоря особого устройства. Униполярные генераторы позволяют получать большой постоянный ток (до 50000Q а) при низком напряжении (1-50 в). Устройство одной из конструктивных разновидностей такого генератора показано на рис. 11-7. Массивный стальной ротор / вращается в магнитном поле, которое создается неподвижными кольцевыми катушками обмотки возбуждения 2. Рабочий поток Ф в центральной, активной части машины имеет по всей окружности одинаковую полярность, откуда и происходит название машины. Обмоткой ротора является само массивное тело ротора. Э. д. с. Е = Blv, индуктируемая в центральной, активной части ротора при его вращении в магнитном поле, также имеет по всей окружности одинаковое направление. Ток с ротора снимается с помощью неподвижных щеток 3. В униполярных генераторах возникают трудности отвода тока. При больших токах площадь щеточного контакта и число щеток очень велики. Щеточный аппарат получается громоздким, и в щеточном контакте возникают большие механические и электрические потери мощности. В последнее время в связи с развитием специальных областей техники интерес к униполярным генераторам вновь возрос. При этом отвод тока с ротора-начали осуществлять с помощью жидких металлов (ртуть, натрий, сплав натрия и калия). В связи с этим говорят о «жидкометаллических» щетках. В настоящее время построены униполярные генераторы мощностью до 1000 кет. Общие положения. Исполнительными двигателями называются двигатели, которые применяются в системах автоматического управления и регулирования различных автоматизированных установок и предназначены для преобразования электрического сигналу (напряжение управления), получаемого от какого-либо измерительного органа, в механическое перемещение (вращение) вала с целью воздействия на соответствующий регулирующий или управляющий аппарат. Если напряжение и мощность сигнала малы для управления исполнительным двигателем, то применяются промежуточные усилители мощности (магнитные, электронные, полупроводниковые). Номинальная мощность исполнительных двигателей обычно мала — от долей ватта до 500—600 вт. К этим двигателям предъявляются большие требования по точности работы и быстродействию. Обычно требуется, чтобы зависимости момента М и скорости вращения п от напряжения сигнала (управления) и„ были по возможности линейными. Существует ряд разновидностей исполнительных двигателей постоянного и переменного тока. Ниже кратко рассматриваются исполнительные двигатели постоянного тока. Исполнительные двигатели нормальной конструкции по своему устройству аналогичны нормальным машинам постоянного тока. При якорном управлении ток возбуждения iB = const, а на якорь .подается напряжение управления (Уу. Характеристики М = f (Uy) и п = f (Uy) при этом получаются практически линейными. При полюсном управлении на якорь подается напряжение Uа = const, а напряжение управления £/у подается на обмотку возбуждения. При этом требуется меньшая мощность управления, однако характеристика п= I (Uy) не будет линейной. Поэтому обычно применяется якорное управление. Магнитоэлектрические машины. В связи с разработкой сплавов алии (Al—Ni), алнико (А1 — Ni — Со), а также ряда других сплавов, обладающих высокими магнитными свойствами, стало возможным изготовление машин без обмотки возбуждения, с постоянными магнитами на индукторе. В частности, с постоянными магнитами изготовляются исполнительные двигатели с якорным управлением мощностью до 50—100 вт. С постоянными магнитами можно строить также генераторы и двигатели общего назначения мощностью до 5—10 кет. Однако вследствие дороговизны указанных сплавов такие машины не получили до сих пор большого распространения. Исполнительные двигатели с полым немагнитным якорем (рис. 11-8) вследствие малой инерции якоря обладают большим быстродействием. Полый якорь в виде стаканчика изготовляется из пластмассы, и на нем размещается и укрепляется якорная обмотка обычного типа, соединенная с коллектором. Внутренний не- Из-за наличия большого немагнитного зазора между внешним и внутренним статорами требуется сильная обмотка возбуждения, габариты машины увеличиваются, а к. п. д. уменьшается. Подобные двигатели выпускаются мощностью до 10—15 em. Двигатели с печатной обмоткой якоря (рис. 11-9) также обладают малой инерцией. Якорь этого двигателя имеет вид тонкого диска из немагнитного материала (текстолит, стекло и т. д.), на обеих сторонах которого расположены медные проводники обмотки якоря. Проводники выполняются путем гальванического травления листов медной фольги, наклеенных на диск якоря, либо гальваническим 1 — передний щит; 2 — щеткодержатель; 3 — крышка смотрового люка; 4 — коллектор; 6 — обмотка возбуждения; 7 — полюс; 8 — полый якорь; 9 — внутренний статор; 10 — задний щит осаждением или переносом меди. Обмотка, изготовляемая таким способом, получила название печатной. Схема обмотки якоря обычная, двухслойная, причем проводники-отдельных слоев расположены на разных сторонах диска и соединяются электрически между собой через отверстия в диске. Серебряно-графитные щетки скользят по неизолированной поверхности элементов обмотки якоря, как по коллектору. Возбуждение осуществляется с помощью постоянных магнитов или обмотки возбуждения. Напряжение таких машин составляет 6—50 в. Ввиду хороших условий охлаждения допустимы большие плотности тока в обмотке якоря (до 30—40 а/мм2 при продолжительном режиме работы). В случае необходимости быстрого торможения после снятия напряжения сигнала диск якоря изготовляется из алюминия. Тахогенераторы представляют собой маломощные электрические генераторы (обычно до Ps= 10 -т- 50 em), которые служат в системах автоматики для преобразования скорости вращения в электрический сигнал (напряжение Uc). От тахогенераторов требуется линейная зависимость £/с = / (п) с точностью до 0.2—0,5%, а иногда с точностью до 0,01%. В маломощных тахогенераторах при п = 1000 об/мин напряжение i/c = 3 -f- 5 в, а в более мощных тахогенераторах обычного применения при такой же скорости вращения f/c = 50 -е- 100 в. Большинство тахогенераторов имеет обычную конструкцию машин постоянного тока с независимым возбуждением при iB — const или с постоянными магнитами При необходимости уменьшения механической инерции и устранения зубцовых пульсаций напряжения применяют конструкцию с полым якорем Рис 11-9. Двигатель постоянного тока с печатной обмоткой якоря: а — разрез Двигателя, б — обмотка якоря / — диск якоря с обметкой, 2 — вал, 3 — втулка, 4 — щетки и щеткодержатель, 5 — постоянные магниты (полюсы), 6 — полюсные наконечники, 7 й & — диски из магнитно-мягкой стали (см. рис. 11-8). В последнее время разрабатываются также униполярные тахо-генераторы (см. рис. 11-7) с электромагнитным возбуждением или с постоянными магнитамИ| При этом отсутствуют коллекторные пульсации напряжения, однако Uc мало. Исполнительные двигатели и тахогенераторы нормальной конструкции и с постоянными магнитами выпускаются в СССР серийно. Широко применяются также исполнительные двигатели и тахогенераторы переменного тока. Общие сведения. В автоматических устройствах возникает необходимость усиления электрической мощности, получаемой от различных маломощных измерительных элементов или преобразователей (температуры, давления, влажности, химического свойства среды и т. д). В частности, преобразователями скорости вращения являются рассмотренные выше тахогенераторы. Использованные для указанной цели устройства называются усилителями. В технике применяются различные виды усилителей электрической мощности: электронные (ламповые), полупроводниковые, магнитные и электромашинные. Последние представляют собой специальную разновидность электромашинных генераторов, которые приводятся во вращение приводными электрическими двигателями с га = const. Усиление мощности при этом происходит за счет мощности, получаемой от приводного двигателя. Электромашинные усилители (ЭМУ) при- Обычно требуется, чтобы прц изменении режима работы ЭМУ ky — const. Для этого магнитные системы "ЭМУ выполняются ненасыщенными. От ЭМУ требуется также большое быстродействие работы, т. е. быстрое изменение Рвых при изменении Рвх. Быстродействие определяется электромагнитными постоянными времени обмоток ЭМУ. Быстродействие ЭМУ можно оценить некоторой эквивалентной постоянней времени Т3, учитывающей- скорость протекания переходных процессов в ЭМУ в целом. Обычно Т3 = 0,05 -f- 0,3 сек. Во избежание замедляющего действия вихревых токов^ индуктируемых при изменении Ф в магнитопроводе, последний изготовляется полностью из листовой электротехнической стали высокого качества. Влияние гистерезиса магнитной цепи сводится-к минимуму выбором соответствующей марки стали, а также специальными дополнительными мерами. Желательно, чтобы kR было больше, что возможно при больших ky и малых Гв. Однако увеличение ky обычно приводит к увеличению Та и наоборот. Например, при увеличении сечений магнитонровода ЭМУ магнитный поток, выходное напряжение, выходная мощность и коэффициент усиления мощности увеличиваются. Однако одновременно увеличиваются также индуктивности и постоянные времени обмоток. Поэтому величины ky и Та приходится выбирать компромиссным образом. Номинальная выходная мощность современных ЭМУ достигает 100 кет. Мощность управления колеблется от долей ватта до нескольких ватт. Первые ЭМУ были построены в 1937 г. Одноступенчатые ЭМУ с независимым возбуждением. В качестве простейшего ЭМУ можно рассматривать обычный генератор постоянного тока с независимым возбуждением с расслоенной магнитной цепью индуктора и якоря. При этом об-иотка возбуждения является обмоткой управления, а цепь якоря — выходной иепью. Так как в таких генераторах Рц — (0,01 -*- 0,02) Рц, то ky = 50 -г- 1QQ, Ввиду малой величины ky такие усилители применяются редко. Впрочем, в качестве подобных ЭМУ можно рассматривать обычные электромашинные возбудители крупных машин постоянного и переменного тока. Двухмашинные ЭМУ. Рассмотренные выше простейшие ЭМУ имеют одну ступень усиления мощности — от обмотки возбуждения (управления) к обмотке якоря. Для увеличения ky ЭМУ изготовляются с двумя или большим количеством ступеней усиления. Общий коэффициент усиления ky при этом равен произведению коэффициентов усиления от-дельных ступеней. Например, в двухступенчатых усилителях Простейший двухступенчатый усилитель представляет собой каскадное соединение двух генераторов постоянного тока (рис. 11-10). Обмотка возбуждения генератора 1 является обмоткой управления ОУ. Якорь генератора 1 питает обмотку возбуждения О В генератора 2, выходной цепью, подключаемой ЭМУ по схеме рис. 11-10 изготовляются западногерманской фирмой «Сименс-Шуккерт» под названием «рапидин». Обе машины располагаются в общем корпусе. При этом достигается ky — 10000. Обычно все ЭМУ имеют несколько обмоток управления, которые размещаются рядом друг с другом на общем участке магнитной цепи (полюсах). При этом можно осуществлять управление в зависимости от нескольких величин (например, в зависимости от скорости вращения и тока якоря двигателя прокатного стана и т. п.). Двухступенчатые ЭМУ поперечного поля являются самыми распространенными ЭМУ и были разработаны фирмой «Дженерал электрик» (США) в 1937 г. под названием «амплидин». Такие ЭМУ изготовляются обычно с неявно-выраженными полюсами и с 1р — 2. В СССР такие ЭМУ выпускаются серийно. Рассматриваемый вид ЭМУ является конструктивным развитием генератора поперечного поля (см. § 11-1) и по принципу действия аналогичен ему. Обмотки управления ОУ (рис. 11-11) создают первоначальный поток Фу по продольной оси. Этот поток индуктирует э. д. с, которая вызывает ток 1± = йгФу в короткозамкнутой цепи якоря (щетки /—/). Ток 1г, протекая по обмотке якоря и поперечной подмагничивающей обмотке ПО, создает поток Ф1 = A/t поперечного поля. Поток Фх индуктирует э. д. с. в выходной цепи (щетки 2—2), в результате чего в цепи нагрузки возникает ток /3 = /вых и на выходных зажимах — напряжение U 2 = ияых. Продольная размагничивающая н. с. тока /2 практически полностью компенсируется с помощью компенсационной обмотки КО, чтобы снизить мощность управления и увеличить коэффициент усиления. Если действие КО является слишком сильным, то возникает опасность самовозбуждения ЭМУ как генератора последовательного возбуждения, в результате чего нормальная работа ЭМУ нару- шается. Обычно КО выполняется с некоторым запасом (перекомпенсация), и регулирование (ослабление) ее действия производится с помощью шунтирующего сопротивления Rul (рис. 11-11). Форма вырубок листов стали статора ЭМУ и расположение обмоток статора показаны на рис. 11-12. Компенсационную обмотку, с целью достижения компенсации реакции якоря не только по величине, но и по форме, выполняют распределенной. Обмотка якоря обычно имеет небольшое укорочение шага Применение поперечной подмагничи-вающей обмоти ПО позволяет уменьшить величину тока /х и улучшить тем самым коммутацию щеток /—1 (см. рис. 11-11). Поэтому добавочных полюсов в поперечной оси обычно не делают. Коммутация щеток 2—2 улучшается с помощью добавочных полюсов (рис 11-12). Для уменьшения влияния гистерезиса вокруг спинки сердечника статора наматывают размагничивающую обмотку, питаемую переменным током. Поток этой обмотки замыкается в сердечнике статора по окружности и не проникает в якорь. Ширина петли гистерезиса при таком размагничивании сужается. На рис. 11-12 эта обмотка не показана. коэффициент усиления до ky = 10000. Построены также многополюсные ЭМУ с сильной поперечной подмагничивающей обмоткой и добавочными полюсами для улучшения коммутации щеток /—/ мощностью до Рн= Ю0 кет. / — обмотки управления; 2 —- поперечная подмагничивающая обмотка, 3 — компенсационная обмотка; 4 — обмотка добавочных полюсов выходной цепи Коллектор и щеточный аппарат машины постоянного тока составляют узел, вызывающий трудности при проектировании, изготовлении и эксплуатации машины. Отсюда вытекает желание заменить этот узел бесконтактным коммутатором тока, что возможно осуществить с помощью управляемых электрических вентилей, в особенности полупроводниковых. Построить электромашинный источник постоянного тока без механического коллектора нетрудно. Для этой цели можно использовать синхронный генератор (см. разд. 5) в сочетании с полупроводниковым выпрямителем постоянного тока. Поэтому основной задачей является создание двигателей постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами. Возможны две разновидности таких двигателей. В обоих разновидностях обмотка якоря вместе с полупроводниковым коммутатором располагается на неподвижной части машины (статоре), а индуктором является ротор машины. При этом на роторе размещаются полюсы в виде постоянных магнитов или возбуждаемые постоянным током через контактные кольца. В первом случае двигатель полностью лишен скользящих электрических контактов (бесконтактный двигатель). На рис. 11-13 схематически изображен двигатель, в котором применяется такая же замкнутая обмотка якоря /, как и у обычных машин постоянного тока. Для простоты на рис. 11-13 представлен двухполюсный двигатель с малым количеством секций в обмотке якоря., соединяющие обмотку якоря / со сборными шинами 2. Шины 2, в свою очередь, присоединяются к сети постоянного тока. Рис. 11-13. Схема двигателя постоянного тока с полупроводниковым коммутатором и с обмоткой якоря типа обмотки постоянного тока В положении ротора 3, изображенном на рис. Тогда ток Ia = 2ia распределится по обмотке якоря так, как показано на рис. 11-13. Пусть при этом создается поток реакции якоря Ф„, направление которого также показано на рис. 11-13. Тогда возникнет электромагнитный момент М, под воздействием которого ротор будет поворачиваться по часовой стрелке. д. В результате такого согласованного с вращением ротора переключения тиристоров рассматриваемая машина работает Включение и отключение тиристоров производится посредством подачи на их управляющие электроды импульсов электрического напряжения с соответствующей длительностью. Эти импульсы вырабатываются специальным устройством, реагирующим на положение ротора (на рис. 11-13 не показано). В простейшем случае такое устройство состоит из вспомогательного постоянного магнита, укрепленного на роторе двигателя, и из укрепленных на статоре, по его окружности, катушек, число которых равно числу секций якоря. Постоянный магнит при вращении ротора индуктирует поочередно в катушках э. д. с, которые подаются на управляющие электроды. При большом числе секций двигатель рассматриваемого типа обладает хорошими свойствами, однако при этом требуется большое количество тиристоров и сложное устройство управления ими. 11-14. В верхней части рис. 11-14 изображена схема полупроводникового коммутатора, а в нижней части — схематическое устройство двигателя с 2р ~ 2. На статоре этого двигателя имеются три обмотки («разы») А, В, С, сдвинутые по окружности на 120°. Устройство этих ббмоток аналогично устройству обмоток якоря машин переменного тока (см. § 21-1). Каждая из обмоток при питании ее током создает jviar-нитный поток, действующий по ее оси, и поэтому потоки отдельных обмоток также сдвинуты н,а 120°. Одновременно питаются током все три обмотки, притом направления токов в них поочередно меняются в такой последовательности, как показано на рйб. 11-15, а. Из этого жэ рисунка становится ясным, как при этом поворачивается в Пространстве магнитное поле обмотки якоря. В ре* зультате взаимодействия магнитного поля и индуктора последний будет поворачиваться вслед за полем якоря. Управление полупроводниковым коммутатором осуществляется по такому же принципу, как и у двигателя, рассмотренного выше. Отметим, что коммутатор, изображеняый на рис. 11-14, в сущности является полупроводниковым инвертором, преобразовывающим постоянный ток в трехфазный переменный ток. На рис. 11-15, б представлейы идеализированные кривые тока в «фазах» обмотки. Цифрами /—6 на этом рисунке указаны интервалы времени, которые соответствуют позициям /—6 на рис. 11-15, а. В действительности благодаря сглаживающему влиянию индуктивностей обмотки форма кривых тока приближается к синусоидальной. На основании изложенного представленная йа рис. 1Ы4 машина является в сущности трехфазной синхронной машиной (см. разд. 5), которая питается через трехфазный инвертор тока. Однако она обладает всеми свойствами обычной коллекторной машины постоянного Тока по той причине, Рис. 11-14. Схема двигателя постоянного тока с полупроводниковым коммутатором и с обмоткой якоря типа обмотки переменного тока что питание ее обмотки якоря током производится в функции угла поворота ротора так же, как в обычной машине постоянного тока. Рис. 11-15. Последовательность направлений токов в «фазах» обмотки якоря двигателя по схеме рис. 11-14 (а) и идеализированные формы кривых тока в «фазах» обмотки якоря (б) Более подробные сведения о машинах постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами содержатся в книге И. И. Овчинникова и Н. И. Лебедева [37]. Магнитная гидродинамика (МГД) является областью науки, изучающей закономерности физических явлений в электропроводящих жидких и газовых средах при их движении в магнитном поле. На этих явлениях основан принцип действия различных магнитогидродинамических (МГД) машин постоянного и переменного тока. Некоторые МГД машины начинают в последнее время находить применение в различных областях техники, а другие имеют значительные перспективы применения в будущем. Ниже кратко рассматриваются принципы устройства и действия МГД машин постоянного тока [43, 44]. Электромагнитные насосы для жидких металлов. В насосе постоянного тока (рис. 11-16) канал 2 с жидким металлом пойещается между полюсами электромагнита 1 и с помощью электродов 3, приваренных к стенкам канала, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего источника. Так как ток к жидко- му металлу в данном случае подводится кондуктивным путем, то такие насосы называются также кондукционными. При взаимодействии поля полюсов с током в жидком металле на частицы металла действуют электромагнитные силы, развивается напор и жидкий металл приходит в движение. Токи в жидком металле искажают поле полюсов («реакция якоря»), что приводит к снижению эффективности насоса. Поэтому в мощных насосах между полюсными наконечниками и каналом помещаются шины («компенсационная обмотка»), которые включаются последовательно в цепь тока канала во встречном направлении. Обмотка возбуждения электромагнита (на рис. 11-16 не показана) обычно включается последовательно в цепь тока канала и имеет при этом только 1—2 витка. Применение кондукционных насосов возможно для малоагрессивных жидких металлов и при таких температурах, когда стенки канала можно изготовить из жаропрочных металлов (немагнитные нержавеющие стали и т. д.). В противном случае более подходящими являются индукционные насосы переменного тока (см. § 29-5). Насосы описанного типа стали находить применение около 1950 г. в исследовательских целях и в таких установках с ядерными реакторами, в которых для отвода тепла из реакторов используются жидкометаллические теплоносители: натрий, калий, их сплавы, висмут и др. Температура жидкого металла в насосах при этом составляет 200—600 °С, а в некоторых случаях до 800 °С. Один из выпол-ненных насосов для натрия имеет следующие расчетные данные: температура 800 °С, напор 3,9 кгс/слР, расход 3670 м3/ч, полезная гидра-влическая мощность 390 кет, потребляемый ток 250 000 а, напряжение 2,5 в, потребляемая мощ- Рис. 11-16. Принцип уст-ность 625 кет, к. п. д. 62,5%. Другие характерные ройства электромагнит-данные этого насоса: сечение канала 53 X 15,2 еж2, ного насоса постоянного скорость течения в канале 12,4 м/сек, активная тока Преимущество электромагнитных насосов состоит в том, что они не имеют движущихся частей и тракт жидкого металла может быть герметизирован. Насосы постоянного тока требуют для питания источников с большой силой тока и малым напряжением. Для питания мощных насосов выпрямительные установки малопригодны, так как они получаются громоздкими и с малым к. п. д.-Более подходящими в этом случае являются униполярные генераторы (см. §11-1). Плазменные ракетные двигатели. Рассмотренные электромагнитные насосы являются своеобразными двигателями постоянного тока. Подобные устройства в принципе пригодны также для разгона, ускорения или перемещения плазмы, т. е. высокотемпературного (2000—4000 °С и больше) ионизированного и поэтому электропроводящего газа. В связи с этим производится разработка реактивных плазменных двигателей для космических ракет, причем ставится задача получения скоростей истечения плазмы до 100 км/сек. Такие двигатели не будут обладать большой силой тяги и поэтому будут пригодны только для работы вдали от планет, где поля тяготения слабы; однако они имеют то преимущество, что весовой расход вещества (плазмы) мал. Необходимую для их питания электрическую энергию предполагается получить с помощью ядерных реакторов. Для плазменных двигателей постоянного тока трудную проблему составляет создание надежных электродов для подвода тока к плазме. Магиитогидродинамические генераторы. МГД машины, как и всякие электрические машины, обратимы. В частности, устройство, изображенное на рис. 11-16, может работать также в режиме генератора, если через него прогонять проводящую жидкость или газ. При этом целесообразно иметь независимое возбуждение. Генерируемый ток снимается с электродов. На таком принципе строятся электромагнитные расходомеры воды, растворов щелочей и кислот, жидких металлов и т. п. Э. д. с. на электродах при этом пропорциональна скорости движения или расходу жидкости. МГД генераторы представляют интерес с точки зрения создания мощных электрических генераторов для непосредственного превращения тепловой энергии в электрическую. Для этого через устройство вида, изображенного на рис. И-16, необходимо пропускать со скоростью порядка 1000 м/сек проводящую плазму. Такую плазму можно получить при сжигании обычного топлива, а также путем нагревания газа в ядерных реакторах. Для увеличения проводимости плазмы в нее можно вводить небольшие присадки легко ионизируемых щелочных металлов. Электропроводность плазмы при температурах порядка 2000—4000 °С относительно мала (удельное сопротивление около i ом ? см = 0,01 ом • м = 10* ом ? мм*/м, т. е. примерно в 500 000 раз больше, чем у меди). Тем не менее в мощных генераторах (порядка 1 млн. кет) возможно получение приемлемых технико-экономических показателей. Разрабатываются также МГД генераторы с жидкометаллн-ческим рабочим телом. При создании плазменных МГД генераторов постоянного тока возникают трудности с выбором материалов для электродов и с изготовлением надежных в работе стенок каналов. В промышленных установках также сложную задачу представляет собой преобразование постоянного тока относительно низкого напряжения (несколько тысяч вольт) и большой силы (сотни тысяч ампер) в переменный ток. | 
