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.

(3 рис-1

1-станица, 2-катушка с обмоткой возбуждения

3-сердечник 4якорь с обмоткой

5щетка 6коллектор

7и 12 подшипниковые щиты

8вал

9 подшипник

10лапа станицы

11вентилятор

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.