Устройство машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока — машина, в которой при установившемся режиме ее работы электрическая энергия, участвующая в ее энергопреобразовательном процессе, является энергией практически постоянного тока.

Любая электрическая машина состоит, как правило, из двух составных частей: неподвижной части — статора, располагаемой обычно снаружи, и вращающейся внутренней части — ротора. Ротор современной машины постоянного тока малой и средней мощности состоит из вала и насаженных на него якоря, коллектора и вентилятора для охлаждения машины.

В тихоходных больших машинах постоянного тока охлаждение достигается независимым вентилятором, в больших быстроходных машинах постоянного тока открытого исполнения достаточное охлаждение достигается вентилирующим действием вращения якоря. При закрытом исполнении машин применяют наружную вентиляцию.

Не практике термин ротор в применении к машинам постоянного тока не используется. Всю вышеперечисленную совокупность вращающихся деталей называют по имени главной из них якорем. Таким образом, на практике термин якорь имеет двоякое значение: во-первых, совокупность вращающихся частей машины постоянного тока, во-вторых, собственно якорь.

Статор современной машины постоянного тока состоит из: ярма, главных, или основных, магнитных полюсов с намагничивающими их катушками из изолированного или голого медного провода круглого или прямоугольного сечения и из добавочных, или коммутационных, магнитных полюсов с намагничивающими их катушками из изолированного или из голого (с изоляционными прокладками) медного провода круглого или прямоугольного сечения.

Термин статор в применении к машинам постоянного тока на практике не используется, вместо него пользуются термином магнитная система или индуктор. Термин ярмо также заменяют на практике термином машины постоянного тока, так как в качестве конструктивной части машины ярмо выполняет эту роль.

Коллекторный скользящий контакт

Электромашинный коллектор, являющийся вращающейся частью коллекторного скользящего электрического контакта, состоит из токопроводящих медных сегментообразных пластин, собранных на валу в цилиндр и изолированных друг от друга и от вала, на котором они укрепляются неподвижно. Каждая коллекторная пластина соединяется электрически неравномерно распределенными по обмотке точками. Неподвижная часть коллекторного контакта состоит из таких же неподвижных электромашинных щеток. Число щеток берется по числу нужных ответвлений от обмотки.

Особенности машин постоянного тока

Являясь одноякорной электрической машиной, коллекторная машина постоянного тока может быть с параллельным, с последовательным, а также с последовательно-параллельным, или смешанным, возбуждением.

В машине со смешанным возбуждением на индукторе имеется либо основная индукторная обмотка, соединяемая параллельно с якорной обмоткой, и вспомогательная возбуждающая обмотка, соединяемая последовательно с якорной обмоткой, либо основная индукторная обмотка, соединяемая с якорной обмоткой последовательно, и вспомогательная возбуждающая обмотка, соединенная параллельно с якорной обмоткой.

Возможно также устройство машины постоянного тока с независимым возбуждением. Она получается если в ней индукторную, возбуждающую обмотку отсоединить от якоря и присоединить к независимому источнику постоянного тока неизменного напряжения.

Генераторы постоянного тока делают или с независимым возбуждением или с самовозбуждением. При независимом возбуждении цепь возбуждающей обмотки питается от независимого источника постоянного тока, т. е. либо от сети постоянного тока, питаемой другим генератором постоянного тока, либо от аккумуляторной батареи, либо от генератора постоянного тока, специально предназначенного для питания возбуждающей обмотки данного генератора.

Мощность такого вспомогательного генератора, называемого возбудителем, составляет всего несколько процентов от мощности того генератора, обмотку возбуждения которого он питает. Если возбудитель жестко соединяется с возбуждаемым генератором, то его называют пристроенным возбудителем.

Если цепь возбуждающей обмотки присоединена к зажимам генератора, то имеем генератор с параллельным возбуждением (или генератор параллельного возбуждения), или параллельный генератор. Обычно его называют шунтовым генератором постоянного тока.

Если цепь возбуждающей обмотки соединяется с цепью якоря последовательно, то имеем генератор с последовательным возбуждением (или генератор последовательного возбуждения), или последовательный генератор. Иногда его называют сериесным генератором постоянного тока.

Главные детали машины

Собственно якорь представляет собой цилиндрической формы, состоящее из большого числа дисков специальной тонкой листовой электротехнической стали, плотно спрессованных.

По наружной окружности якоря равномерно располагаются полученные путем штамповки пазы или впадины, в которых укладывается и укрепляется составленная по определенным правилам электрическая цепь из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, называемая обмоткой якоря. Обмотка якоря является той частью машины постоянного тока, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток.

Коллектор имеет цилиндрическую форму и состоит из медных пластин, изолированных друг от друга и от крепящих их частей. Пластины коллектора электрически соединяются с определенными точками якорной обмотки равномерно распределенными по окружности якоря.

Главные, или основные, магнитные полюсы состоят из сердечников полюсов и уширенной в сторону якоря торцевой части полюса, называемой полюсным наконечником, или полюсным башмаком.

Сердечник и башмак штампуют совместно из листовой электротехнической стали в виде пластин соответствующей формы, которые затем спрессовывают и скрепляют в монолитное тело. Главные магнитные полюсы создают основной магнитный поток машины, от перерезывания которого вращающейся якорной обмоткой в ней индуктируется э д. с. машины.

Добавочные магнитные полюса, имеющие узкую форму и располагаемые в промежутках между главными магнитными полюсами, делают из катаной стали, иногда их штампуют из тонких листов электротехнической стали, как и главные полюсы. С торца, обращенного к якорю, их снабжают иногда полюсным башмаком прямоугольной формы, со скосами или без них. Добавочные магнитные полюса служат для обеспечения безискровой работы коллектора.

В больших машинах постоянного тока, предназначаемых для тяжелых условий работы, в полюсных башмаках главных магнитных полюсов, которым в этом случае придают особо развитую форму, проштамповывают ряд пазов для укладки в них компенсационной обмотки. Она предназначается для воспрепятствования искажению формы распределения индукции основного магнитного потока в пространстве, отделяющем полюсный башмак от якоря. Это пространство называется междужелезным пространством, или главным электромашинным зазором.

Компенсационная обмотка выполняется, как и прочие обмотки машины, из меди и изолируется. Обмотки добавочных полюсов и компенсационная обмотка соединяются с обмоткой якоря последовательно.

На коллектор опираются щетки, как правило, угольные, имеющие прямоугольную форму сечения. Их устанавливают по образующим цилиндрической поверхности коллектора, называемым коммутационными зонами. Обычно число коммутационных зон равно числу полюсов машины.

Щетки вставляют в обоймы щеткодержателей с пружинами, прижимающими щетки к поверхности коллектора. Щетки одного и того же зонного комплекта электрически соединяют друг с другом, а зонные комплекты одной и той же полярности (т. е. через зону) соединяют электрически друг с другом и присоединяют к соответствующему внешнему зажиму машины.

Внешние зажимы машины укрепляют на доске зажимов, которую скрепляют к ярму машины и прикрывают предохранительной крышкой с отверстием внизу для соединения к зажимам проводов от электрической сети. Зажимы с крышкой образуют так называемую коробку зажимов.

Часто вместо «зонный комплект щеток» обычно говорят «щетка», подразумевая под этим совокупность всех щеток одной коммутационной зоны. Совокупность всех зонных комплектов щеток данной машины образует ее полный комплект щеток, который обычно называют сокращенно комплектом щеток.

Щетки, щеткодержатели, пальцы (или бракеты) и траверса (или суппорт) составляют так называемый токособирательный аппарат машины постоянного тока. В него входят также соединения между собой зонных комплектов щеток одной и той же полярности.

Концы вала якоря машины, называемые шейками вала, вставляют в подшипники. В небольших и средних машинах подшипники укрепляют в подшипниковых щитах, которые в то же время выполняют роль защиты машины от внешних воздействий, а также служат для полного закрытия машины, если она выполняется закрытой.

Малые машины постоянного тока с подшипниковыми щитами не имеют, как правило, фундаментной плиты, их устанавливают на болтах, которые крепят к бетонному или кирпичному фундаменту, или к полу, или на особых балочках, называемых салазками.

Иногда генераторы, а также двигатели, имеют всего один подшипник. Другой конец вала имеет фланец или обрабатывается под насадку полумуфты для соединений со свободным концом вала приводного двигателя (в случае генератора) или механизма (в случае двигателя).

Устройство машин постоянного тока.

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части — статора, выполняющего функции магнитопровода и несущей конструкции, и вращающейся части — яко­ря [1,2,3,4].

Станина 1, рис. 1, представляет собой короткий полый цилиндр из стали. Часть станины, по которой проходит магнитный поток основных и добавочных полюсов называется ярмом.

К станине с помощью болтов крепятся главные полюсы 3, которые набираются из листов электротехнической стали толщиной листа 0,5. 1 мм. Иногда главные полюсы могут набираться из листов конструкционной стали толщиной до 2 мм [1,4]. Листы электротехнической или конструкционной стали главного полюса стягиваются шпильками, концы которых расклепываются. Количество главных полюсов всегда четно, причем северные и южные полюсы чередуются между собой.

Главные полюсы (общий вид главного полюса показан на рис. 2) оканчиваются полюсными наконечниками для равномерного распределения магнитного потока по цилиндрической поверхности якоря. На главных полюсах размещены обмотки возбуждения 2, выполняемые из медного изолированного провода, рис.1. Магнитный поток главных полюсов машины, создаваемый током, протекающим по обмотке возбуждения, пронизывает витки обмотки якоря 4, рис.1, и замыкается по станине.

1-станица, 2-катушка с обмоткой возбуждения

3-сердечник 4якорь с обмоткой

7и 12 подшипниковые щиты

Рис. 2. Общий вид глав — ного полюса машины постоянного тока: 1 — станина; 2 – болты крепления полюса к станине; 3 — главный полюс; 4 -полюсный наконечник.

Рис.3. Щеткодержатель со щеткой: 1 — щетка; 2 — прижимающая пру­жина щетку к коллек­тору; 3 -отверстие для крепления щеткодержа­теля к траверсе; 4 — обойма щеткодержа­теля.

Рис.4. Якорь машины постоянного тока без обмотки (а) и с обмот — кой, уложенной в пазы (б): 1 — цилиндр, набранный из листов электротехнической стали; 2 — вал электрической машины; 3- пазы для укладки обмотки якоря; 4 — обмотка якоря; 5-бандажи для крепления обмотки; 6 — коллектор.

Щетки, рис. 3, крепятся в щеткодержателях, прижимаются пружинами к коллектору 6, свободно скользят по его пластинам и связывают обмотку вращающегося якоря с внешней цепью питания двигателя или с внешней нагрузкой генератора. Щетки одинаковой полярности соединяются между собой медными проводами или медными шинами, выводы от которых идут к зажимам машины. Щетки могут оыть угольными или графитовыми с добавками медного порошка.

Вал ротора 8, рис. 1, вращается в подшипниках 9, установленных в подшипниковых щитах 7 и 12 , которые скрепляются болтами (или шпильками) между собой и станиной.

Охлаждение электрической машины производится вентилятором 11, укрепленным на ее валу. Иногда станина имеет специальные лапы 10 для крепления электрической машины к фундаменту.

Якорь, рис.4, представляет собой цилиндр 1, который набран из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга [1,3]. Пластины сердечника якоря штампуются с центральным отверстием для вала 2 и с пазами 3, в которые укладываются витки обмотки якоря 4, соединенной по определенной схеме. Отдельные штампованные пластины якоря прессуются в пакеты и удерживаются в этом состоянии с помощью крайних нажимных дисков. В более мощных машинах якорь может состоять из нескольких таких пакетов, между которыми остаются вентиляционные каналы.

Воздушный зазор между якорем и наконечниками главных полюсов в машинах малой мощности составляет менее 1 мм, а в машинах большой мощности-до 10 см [1].

Обмотка якоря изолируется от пазов и крепится в них специальными клиньями или бандажами 5. Выводы обмотки припа­иваются к коллекторным пластинам 6, рис. 4.

Коллектор, рис.5, является характерной особенностью машин постоянного тока. Он представляет собой полый цилиндр, набранный из медных пластин 1, имеющих в разрезе клинообразную форму. Пластины изолируются друг от друга миканитом. Кроме того, все пластины изолируются и от вала двигателя. К концам пластин коллектора припаиваются выводы обмотки якоря 2. Коллектор неподвижно закреплен на валу двигателя и вращается вместе с ним. В режиме электрического двигателя коллектор преобразует поступающий из сети постоянный ток в переменный ток обмотки якоря. При работе машины постоянного тока

режиме
Рис.5. Общий вид коллектора машины постоянного тока: 1 — медные пластины клино — образной формы, изолирован — ные друг от друга и от вала машины; 2 — выводы обмотки якоря, припаиваемые к пласти­нам коллектора.

Рис. 6. Простая пет — левая обмотка: а — пример выпол­нения обмотки; б — многовитковая секция петлевой обмотки.

Рис. 7. Простая волно­вая обмотка: а — пример выполнения

обмотки; б — многовит­ковая секция волновой обмотки.

генератора коллектор выпрямляет переменный ток обмотки якоря в постоянный пульсирующий ток.

Для уменьшения искрения щеток в машинах мощностью более 0,5 кВт устанавливаются добавочные полюсы[1,3,4,5,19].

Они крепятся к станине болтами точно «■по средине между главными полюсами.

Добавочные полюсы по геометрическим размерам меньше главных полюсов и выполняются из конструкционной стали. Обмотки добавочных полюсов наматываются медными изолированными проводами и соединяются последовательно с обмоткой якоря.

Важным отличительным признаком машин постоянного тока от других типов машин является способ возбуждения в них основного магнитного потока. В машинах постоянного тока он создается главными полюсами, в качестве которых используются постоянные магниты (для микромашин и машин малой мощности) или электромагниты.

Для машин постоянного тока, как и для всех вращающихся машин, существует такое важное свойство, как их обратимость [6,7,8,12]. Принцип обратимости электрических машин был сформулирован Э. X. Ленцем в 1833 году. Он состоит в том, что при вращении вала электрической машины от какого-либо первичного двигателя, на щетках (при соответствующем возбуждении) появится ЭДС. Если к выводам щеток присоединить сопротивление, то по нему потечет ток, направление которого определится направлением ЭДС по правилу правой руки. В этом случае машина постоянного тока будет работать в режиме генератора, превращая механическую энергию в электрическую.

Если же к обмотке якоря через щетки и коллектор подвести напряжение от внешнего источника питания, то якорь начнет вращаться (при условии наличия возбуждения). Направление его вращения определится по правилу левой руки. При этом электрическая машина будет преобразовывать электрическую энергию в механическую, работая в режиме двигателя.

|	следующая лекция ==>
Явновыраженные и неявновыраженные полюса электромагнитов	|	Общие сведения об обмотках якоря машин постоянного тока.

Дата добавления: 2019-04-03 ; просмотров: 868 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ