 |
Устройство ротора (якоря).
|
|
|
|
Глава1. Устройство и принцип действия генератора постоянного тока.
1.1. Принцип работы ГПТ.
Работа генератора постоянного тока основана на законе электромагнитной индукции
Рис. 1. Вращение в магнитном поле рамки
Рассмотрим рис. 1. При вращении в магнитном поле рамки, концы которой присоединены к двум полукольцам, вращающимся вместе с рамкой, в последней возникает переменная э.д.с.Как уже известно, эта э. д. с. изменяется по синусоиде и зависит от положения, занимаемого проводниками а и б в магнитном поле.
Наибольшая э. д. с. возникает в тот момент, когда проводник находится на оси полюсов N и S. В момент расположения проводников в плоскости, перпендикулярной оси полюсов, э. д. с. равна нулю — проводники находятся на нейтральной линии.
Предположим, что рамка вращается по часовой стрелке. Тогда ток в проводнике, находящемся под северным полюсом, направлен от нас за плоскость чертежа, а в проводнике, находящемся под южным полюсом, к нам. Пока проводника расположен под северным полюсом, соединенное с проводником полукольцо имеет контакт с неподвижной щеткой А. Соответственно проводник б имеет контакт через свое полукольцо со щеткой Б. По щетке А течет ток положительного направления, а по щетке Б — отрицательного.
Когда проводники находятся на нейтральной линии, т. е. э. д. с. в них равна нулю, щетки замыкают оба полукольца накоротко. Если бы эдс в этот момент не была равна нулю, в рамке бы возник ток КЗ, опасный для электрической части генератора. Прежде всего ток КЗ вызвал бы искрение в местах контакта щеток и полуколец.
Пройдя нейтральную линию, проводник а вступает в зону южного полюса, направление тока в нем изменится на обратное (к нам), но в это время данный проводник входит в контакт со щеткой Б. Следовательно, несмотря на то, что направление тока в проводнике изменилось, направление тока в щетке Б не меняется и по- прежнему остается отрицательным. Аналогичная картина происходит и с проводником б, после того как он перейдет в зону действия северного полюса.
|
|
|
Таким образом, по внешней цепи направление тока сохраняется постоянным.
В рассмотренном случае при сохранении постоянства направления ток будет изменяться от наибольшего значения до нуля, иначе говоря, будет пульсирующим.
Если в магнитном поле расположить не два проводника, а четыре, соединенные с четырьмя изолированными друг от друга частями кольца, то пульсация тока значительно сгладится (Рис.2.) Описанное устройство из двух или четырех частей кольца, служащее для выпрямления тока, является простейшим коллектором.
Фактически коллектор состоит из значительного числа сегментов, каждый из которых соединен с двумя проводниками обмотки якоря. В этом случае ток, вырабатываемый генератором, будет практически постоянным как по направлению, так и по величине.
Рис. 2. Четыре проводника в магнитном поле
Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рис. 1.1, а общий вид с разрезом — на рис.1.2.
Устройство статора.
Статор состоит из станины 1, главных полюсов 2, дополнительных полюсов 3, подшипниковых щитов 4 и щеточной траверсы со щетками 6. Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и, кроме того, выполняет функцию магнитопровода. Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты). Дополнительные полюсы устанавливаются между главным и служат для улучшения условий коммутации. 
|
|
|
Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники, и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или
смеси графита с медью.
Устройство ротора (якоря).
Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рис. 1.1, 1.2, а, б) состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 5.Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы. В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.
Устройство обмотки якоря генераторов постоянного тока. Самый сложный по исполнению узел ГПТ – это обмотка ротора, с которой снимается постоянной ток. (якорная обмотка).Якорная обмотка генераторов, применяемых в промышленности, сильно отличается от обмотки (рамок) вышерассмотренного условного генератора. Условный генератор имеет очень существенный недостаток: эдс в любой момент времени снимается только с одной рамки, что ограничивает вырабатываемое напряжение. Для того чтобы генератор вырабатывал больший ток, все рамки (секции обмотки) в реальном генераторе соединяются последовательно между собой через ламели
коллектора.
. 
Рис. 3. Подключение обмотки генератора
Каждая секция состоит из двух сторон (в каждой стороне в зависимости от числа витков в секции имеется один или несколько проводников). Эти стороны называются активными частями секций, в них индуктируются э. д. с. Наружные (торцовые) части секций служат только для соединения активных сторон и присоединения их к коллекторным пластинам.
Каждую секцию укладывают так, что одна ее сторона располагается в верхней части паза под полюсом одной полярности, а другая — в нижней части другого паза под полюсом другой полярности (рис. 3).
Расположение активных сторон секций под полюсами разных полярностей является основным правилом выполнения обмоток, так как только при этом условии индуктирующиеся в них э. д. с. будут складываться.
|
|
|
Второе важное отличие реального ГПТ от условного: каждая рамка(секция) подключена (приварена) своим концами к соседним ламелям коллектора, а не к противоположным, как это было в условном генераторе. (Рис.3.)Такое подключение приводит к тому что эдс последовательно подключенных обмоток складываются (как последовательно соединенные источники питания) и генератор выдает через щетки гораздо большую мощность. (Рис 4,а) Самая большая из суммируемых эдс индуцируется в обмотке, которая в данный момент находится вертикально. В рамке(секции) расположенной горизонтально, эдс отсутствует. Обмотка работает как простой проводник, передавая вырабатываемую эдс на щетки. Т.о. существует третье важное реального ГПТ от условного: токосъемные щетки реально генератора находятся на физической нейтрали – линии перпендикулярной параллельно магнитного потока проходящей через ось вращения ротора. Важно отметь, что именно в обмотке, находящейся на физической нейтрали, отсутствует эдс. Рис 4,б.
а) б)
Рис 4. Рис.5. Укладка обмотки
.
На рис. 8 для простоты показано шесть одновитковых секций; в каждой стороне секции имеется один провод. Верхние стороны секций имеют нечетные номера; нижние — четные.
Первая секция состоит из двух сторон 1 и 6; вторая — 3 и 8; третья — 5 и 10; четвертая — 7 и 12; пятая — 9 и 2; шестая 11 и 4.
Все секции соединяются через коллекторные пластины и представляют замкнутую цепь. Пунктиром показаны соединения активных сторон секции со стороны, противоположной коллектору; сплошными линиями — соединение сторон секции через коллектор.
На коллектор накладываются неподвижные щетки для отвода тока во внешнюю цепь, как показано на рис. 5. Одна щетка является положительным полюсом генератора, другая — отрицательным.
|
|
|
Устройство коллектора. Обычно коллектор (рис. 1.3) выполняют в виде цилиндра, собранного из клинообразных пластин 3 твердотянутой меди; между пластинами располагают изоляционные прокладки из слюды или миканита 2. Узкие края коллекторных пластин имеют форму ласточкина хвоста; после сборки коллектора их зажимают между корпусом и нажимным фланцем и изолируют манжетами из миканита. Секции обмотки якоря впаивают в прорези, имеющиеся в выступающей части коллекторных пластин.
В машинах малой и средней мощности широко применяют коллекторы, в которых медные пластины и миканитовые прокладки запрессованы в пластмассу. Поверхность собранного коллектора обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора.
По цилиндрической части коллектора скользят щетки, установленные в щеткодержателях. Щетки представляют собой прямоугольные бруски, изготовленные путем прессовки и термической обработки из порошков графита, кокса и других компонентов. Они предназначены для соединения коллектора с внешней цепью и прижимаются к поверхности коллектора пружинами.
Рис. 1.3
При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение относительно полюсов машины. Щеткодержатели укрепляют на щеточных пальцах и изолируют от них. Щеточные пальцы, в свою очередь, крепят либо к подшипниковому щиту, либо к траверсе, которая позволяет при необходимости поворачивать всю систему щеток относительно полюсов машины. В машинах малой мощности часто применяют трубчатые щеткодержатели, устанавливаемые непосредственно в подшипниковом щите.
|
|
|
