 |
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].
Рис-11.1 Конструкция машины постоянного тока:
1 - вал якоря; 2 - передний подшипниковый щит; 3 - коллектор; 4 - щеточный аппарат; 5 - якорь; 6 - главный полюс; 7 - катушка возбуждения; 8 - станина; 9 - задний подшипниковый щит; 10 - вентилятор; 11 - бандажи; 12 - лапы; 13 - подшипник
Статор состоит из станины 8 и главных полюсов 6:
Станина (корпус) служит для крепления главных полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода. Станину изготавливают из ферромагнитного материала (обычно стали) из трубы или литой. Станина имеет лапы 12 для крепления машины. На станине обычно имеется коробка выводов, на зажимы которой выведены концы обмоток.
Главные полюса предназначены для создания основного магнитного потока и состоят из шихтованного (набранного из листовой электротехнической стали) сердечника 2 и катушки возбуждения 3. Шихтованный сердечник необходим для ослабления вихревых токов. Нижнюю, более широкую, часть сердечника полюса называют полюсным наконечником.
Рис.11.2. Главные полюса
(правый- с бескаркасной полюсной катушкой; левый - с каркасной полюсной катушкой)
На машинах постоянного тока полюсные катушки делают бескаркасными - намоткой медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку. В большинстве машин (мощностью более 1 кВт) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса.
|
|
|
Якорь 5 состоит из вала 1, на который установлен шихтованный сердечник, в пазы которого уложена обмотка. На валу так же установлен коллектор, к которому присоединена обмотка якоря. Лобовые части обмотки якоря крепятся бандажами 11. Бандаж может быть проволочным, из стальной ленты или из стеклоленты. На валу якоря установлено вентиляторное колесо 10.
Сердечник якоря является частью магнитной цепи и выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Такая конструкция сердечника позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Пазы закрывают клиньями из текстолита или гетинакса.
Коллектор предназначен для преобразования переменной ЭДС в постоянную - в генераторе и постоянный ток в переменный - в двигателе.
Рис.11.3. Устройство коллектора с конусными шайбами
Основными элементами коллектора являются медные коллекторные пластины, собранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. Нижняя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Коллекторные пластины изолированы друг от друга и от стальных шайб миканитовыми прокладками 4. Верхняя часть коллекторных пластин 5, называемая петушком, имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки якоря и припаивают.
В машинах малой мощности часто применяют коллекторы на пластмассе, отличающиеся простотой в изготовлении.
Рис.11.4. Устройство коллектора на пластмассе
Набор медных и миканитовых пластин в таком коллекторе удерживается пластмассой 2, запресованной в пространство между набором пластин 1 и стальной втулкой 4. Для увеличения прочности коллектора пластмассу 2 армируют стальными кольцами 3.
|
|
|
Обмотка якоря состоит из секций (катушек), намотанных из медного провода круглого или прямоугольного сечения, и специальным образом уложенных в пазы сердечника якоря. Пазы затем закрывают текстолитовыми или гетинаксовыми клиньями. Концы секций припаены к петушкам коллектора. Лобовые части секций крепятся бандажами 11 к сердечнику якоря. Бандажи делают из стальной проволоки, стальных полос или стеклоленты.
Щеточный аппарат. Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток, установленных в щеткодержателях.
Рис.11.5. Щеткодержатель (сдвоенный) машины постоянного тока
Щеткодержатель (сдвоенный) состоит из корпуса 4, в который помещены щетки 3, курка 1, представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины 2 на щетку. Щеткодержатель крепят на пальце зажимом 5. Щетка снабжена гибким тросиком 6 для включения ее в электрическую цепь машины.
Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой медными шинами, подключенными к выводам машины. Количество щеточных комплектов соответствует числу главных полюсов. Щетки располагают на коллекторе по оси главных полюсов.
Два подшипниковых щита (рис.1.6): передний 2 (со стороны коллектора) и задний 9. Оба щита имеют подшипниковые узлы, в которые установлены подшипники 12, закрытые с обеих сторон крышками. На переднем щите имеется смотровое окно (люк) с крышкой для осмотра коллектора и щеток.
Вентилятор служит для самовентиляции машины: воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбрасывается с противоположной стороны через решетку.
Рис.11.6. Якорь машины постоянного тока без обмотки (а) и с обмоткой, 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.
Для уменьшения искрения щеток в машинах мощностью более 0,5 кВт устанавливаются добавочные полюсы [2,14,17]. 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 [15,16]. 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.
| 
|
| Рис. 11.7. Простая петлевая обмотка: а - пример выполнения обмотки; б - многовитковая секция петлевой обмотки. | Рис.11.8. Простая волновая обмотка: а - пример выполнения обмотки; б - многовитковая секция волновой обмотки. |
|
|
|
