А) Униполярные машины

Идея униполярной машины должна быть понятна из рассмотрения рис. 5-69.

Рис. 5-69. К пояснению идеи униполярной машины дискового типа.

Можно себе представить что изображенный здесь диск состоит из очень большого числа проводников в виде секторов S. Каждый из них при вращении все время будет находиться в поле одной и той же полярности; следовательно, наведенная в нем э.д.с. все время будет направлена в одну сторону. При выбранных направлениях поля и вращения она всегда направлена от центра к периферия диска.

При вращении диска на смену одним проводникам будут приходить в соприкосновение со щетками другие проводники и мы будем получать постоянный ток.

По типу этой дисковой униполярной машины проф. Б.И. Угримовым (1906 г.) был спроектирован и построен униполярный генератор на 10000 А, 10 В при 10000 об/мин. Однако такой генератор работал неудовлетворительно, так как не удалось преодолеть затруднения, связанные с выполнением надежных контактов щеток с диском на его периферии, где скорость доходила до 170 м/с. К, его недостаткам надо также отнести необходимость применения специальных подшипников (например, гребенчатых), которые могли бы удовлетворительно работать при больших осевых усилиях. Последние обусловлены односторонним магнитным притяжением из-за неизбежного различия зазоров между полюсами и вращающимся диском.

Кроме указанной униполярной машины дискового типа, в СССР были построены униполярные машины цилиндрического типа. Одна из них системы инж. Б.В. Костина (1939 г.) показана на рис. 5-70. Здесь также большие затруднения создавались при выполнении надежных щеточных контактов. К тому же машина требовала большой затраты материалов и в этом отношении не имела преимущества по сравнению с коллекторными машинами.

Рис. 5-70. Униполярная машина цилиндрического типа системы инж. Б.В. Костина. 1 — чугунный или стальной статор, имеющий форму цилиндра; 2 — полюсы машины; 3 — кольцевые выступы по бокам статора; 4 — катушки обмотки возбуждения; 5 и 6 — кольцевые выступы на роторе; 7 — цилиндрические части ротора, на которые накладываются щетки 8.

После надлежащих усовершенствований, главным образом в отношении щеточных контактов и их охлаждения, униполярные машины цилиндрического типа могут найти себе применение там, где требуется постоянный ток в десятки тысяч ампер при низких напряжениях— порядка 6—10 В.

Рассмотренные униполярные машины, позволяющие получить постоянный ток без коллектора, называются также бесколлекторными машинами постоянного тока. Но хотя они и не имеют явновыраженного коллектора, все же здесь получается в скрытом виде коммутация, т. е. переключение проводников, на которые мы можем мысленно подразделить вращающийся диск или цилиндр.

Попытки построить бесколлекторные машины постоянного тока с обмоткой на якоре и без переключения ее витков не приводили и не могут привести к положительным результатам, так как невозможно создать такие условия, при которых величина d y/ dt (изменение во времени потокосцепления) какой-либо катушки имела бы постоянный знак в течение длительного времени.