Машина постоянного тока - принцип работы - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Рассмотрим процесс изменения напряжения и тока во внешней цепи, подключенной к простому генератору, при наличии коллектора.

Содержание

Принцип работы

Машина постоянного тока (рис. 69, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на открытых полюсах статора. Обмотка возбуждения проводит постоянный ток I_вкоторое может создавать возбуждающее магнитное поле F_в. Обмотка якоря расположена на роторе, в которой при вращении ротора индуцируется электричество.

Для данного направления вращения якоря направление, например, тока, индуктируемого в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, находящихся под одним полюсом, направление ЭДС одинаково и остается таковым независимо от скорости вращения.

Другими словами, рисунок, показывающий направление ЭДС на рис. 69, a, постоянна во времени: в проводниках выше горизонтальной оси симметрии (геометрическая нейтраль) э.д. всегда направлена в одну сторону; в проводниках ниже геометрической нейтрали э.д. направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; индуцированная в них э.д.с. меняет знак, т.е. в каждом проводнике возникает переменная мощность. Однако количество проводников под каждым столбом остается неизменным. В то же время Полная ЭДС, индуцированная в проводниках под одним полюсом, также постоянна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Он снимается с обмотки якоря скользящим контактом, который расположен между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря замкнута, симметрична (Рисунок 69 b). При отсутствии внешней нагрузки ток через обмотку не протекает, так как э.д.с., индуцированные в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки в скользящем контакте с обмоткой якоря находятся в геометрически нейтральном положении, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное э.д.с., индуцированной в каждой половине обмотки. Это напряжение практически постоянно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, возникающую из-за изменения положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения незначительны.

Рисунок 69: Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (a) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (b): 1 – обмотка возбуждения; 2 – главные полюса; 3 – якорь; 4 – обмотка якоря; 5 – щетки; 6 – каркас (станина)

Если нагрузка R_н подключается к обмотке якоря, а постоянный ток I_яI I I , направление которого определяется направлением уравнения. В обмотке якоря протекает ток I_я разветвляется и течет по двум параллельным ветвям (токи i_я).

Для обеспечения хорошей токонесущей способности щетки перемещаются не вдоль проводов обмотки якоря (как в начале развития электрических машин), а поперек. коллекторКоллектор представляет собой цилиндрическое устройство, изготовленное из изолированных медных стержней. К каждой паре соседних пластин коллектора подключена часть обмотки якоря, состоящая из одного или нескольких витков, которые мы называем обмоткой якоря секция обмотки якоря.

Коллектор и щетки используются для подключения вращающейся обмотки якоря к внешней цепи. В генераторах переменного тока коллектор и щетки служат для преобразования переменных по направлению энергии и токов в выводах обмотки якоря в постоянные по величине и направлению энергию, напряжение и ток во внешней цепи. В двигателе коллектор и щетки используются для обратного преобразования.

Таким образом, Главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора, который создает скользящий контакт между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Давайте рассмотрим подробнее, как коллектор и щетки используются для преобразования мощности и тока.

Назначение коллектора в генераторе переменного тока. В простейшем генераторе переменного тока (рис. 70) при вращении катушки в магнитном поле ее рабочие (активные) стороны 1 и 2 пересекают магнитные силовые линии и в ней индуцируется переменный ток э.д.с. Если к кольцам, к которым припаяны концы катушки, подключить внешнюю цепь с каким-либо приемником электричества, то через нее потечет переменный ток i. Секции 3 и 4 катушки неактивны, поскольку они не пересекают магнитные линии силы при вращении катушки и поэтому не участвуют в генерации электродвижущей силы. советы.

В положении, показанном на рис. 70, а, катушка не пересекает линии магнитного поля, в ней не индуцируется э.д.с. и в ней не течет ток. При повороте катушки по часовой стрелке на 90° (рис. 70, б) обе стороны катушки будут пересечены магнитным полем, что приведет к появлению э.д.с. в активных сторонах 1 и 2, и ток i начнет протекать через катушку и внешнюю цепь. Используя правило правой руки, можно определить, что э.д.с., индуцированная на стороне 1 катушки, будет направлена от нас, а на стороне 2 – к нам. Поэтому во внешней цепи ток течет от щетки A, имеющей положительный потенциал, к щетке B, имеющей отрицательный потенциал. В положении, показанном на рис. 70, в, катушка больше не пересекает линию поля, поэтому э.д.с. и ток уменьшаются до нуля. При повороте катушки на 270° (рис. 70, г) сторона 2 катушки окажется под северным полюсом, а сторона 1 – под южным. Следовательно, направление по уравнению в рабочих сторонах 1 и 2 меняется на противоположное по сравнению с его направлением в положении, показанном на рис. 70, б. В результате выходной сигнал изменяется в направлении, показанном на рис. 70, б.

Рис. 70. Процесс индукции в простом генераторе переменного тока (a-d) и кривые e в выводах обмотки якоря, напряжение u и ток i (e) во внешней цепи

В результате полярность щеток A и B и направление тока i во внешней цепи меняются.

Как следует из закона электромагнитной индукции, величина наведенной индукции e е пропорционально количеству магнитных силовых линий, пересекаемых сторонами катушки в единицу времени. Когда рабочие стороны катушки перемещаются под полюсами, e еНапряжения i, действующие между щетками A и B, и ток i будут иметь некоторые постоянные значения (см. рис. 70.6). При перемещении одного полюса относительно другого направления e и i будут меняться.

Для получения во внешней цепи постоянных по направлению, например, напряжения и тока в простейшем генераторе, катушку соединяют не с двумя кольцами, как показано на рис. 70, а с одним кольцом, разрезанным на две изолированные друг от друга части. Начало катушки соединяется с одной половиной кольца, а конец – с другой (рис. 71). Эта конструкция называется коллектором, а ее отдельные изолированные части (в данном случае полукольца) называются коллекционные пластины.

Рассмотрим процесс изменения напряжения и тока во внешней цепи, подключенной к простому генератору при наличии коллектора.

В положении, показанном на рис. 71, а, в катушке не индуцируется ЭДС, и ток во внешней цепи отсутствует. При повороте катушки на 90° (рис. 71b) в ее рабочих сторонах 1 и 2 индуцируется электрический ток i, и во внешней цепи от щетки B к щетке A потечет ток i. В положении, показанном на рис. 71, c, e в катушке не индуцируется, и ток во внешней цепи равен нулю. Наконец, при повороте катушки на 270° (рис. 71, г) направление э.д.с. e в рабочих сторонах 1 и 2 катушки меняется с положения, показанного на рис. 71. 71, 6. Однако направление тока во внешней цепи остается неизменным, так как при повороте катушки коллекторные пластины меняются местами, так что пластина, соединенная со стороной 2 катушки, подходит к щетке В, а пластина, соединенная со стороной 1, – к щетке А.

Таким образом, потенциалы щеток, т.е. напряжение i, поддерживаются на том же уровне, что и в положении, показанном на рис. 71,б, и ток i во внешней цепи будет протекать в том же направлении. Таким образом, когда два контактных кольца заменяются двумя коллекторными пластинами, изолированными одна от другой, напряжение и взаимодействие между щетками A и B выпрямляются, и, следовательно, выпрямляется ток i во внешней цепи. Характер изменения напряжения на щетке и тока i объясняется на рис. 71,д. Напряжение и ток постоянны по направлению, но переменны по значению. Ток и напряжение описываются как пульсирующий.

Пульсирующий ток имеет мало практического применения. Для сглаживания пульсаций в обмотке якоря увеличивается число витков и количество коллекторных пластин.

Рисунок 71: Процесс индукции в простом коллекторном генераторе переменного тока (a-d) и график его напряжения и тока i во внешней цепи (e)

Рисунок 72. Схемы соединения обмотки якоря с коллекторными пластинами

Для лучшего использования обмотки якоря 1 (рис. 72) отдельные обмотки соединены последовательно. К каждой коллекторной пластине 2 подсоединяется конец предыдущего и начало, следующего витка. В результате получается замкнутая обмотка (рис. 72, а). Вращение якоря между любыми двумя точками такой обмотки, например, между a и b (рис. 72.6), приводит к изменению e_ab. С другой стороны, во внешней цепи между неподвижными щетками A и B, постоянной по направлению и величине, e e равно сумме e c, индуцированных во всех обмотках якоря, соединенных последовательно между этими щетками. Таким образом, коллектор преобразует переменные выходы и токи обмоток якоря в постоянные выходы и токи во внешней цепи, т.е. действует как механический выпрямитель. механический выпрямитель.

Чем больше витков в обмотке якоря и пластинах коллектора, тем меньше пульсирующий ток и мощность. Полностью избавиться от пульсации невозможно. Для большинства потребителей электроэнергии эти пульсации не играют никакой роли и не влияют на их работу.

Назначение коллектора в электродвигателе. Электродвигатель питается постоянным током, а на его якорь подается постоянный ток. В проводниках обмотки якоря течет переменный ток (см. рис. 70, e). Таким образом, коллектор в электродвигателе действует как механический преобразователь. Коллектор действует как механический преобразователь постоянного тока в переменный.Коллектор играет важную роль в распределении тока по выводам обмотки якоря.

Коллектор играет важную роль в распределении тока по выводам обмотки якоря. Когда якорь вращается, проводники обмотки якоря перемещаются под полюсами машины, двигаясь от северного полюса к южному, затем обратно к северному и так далее. Этот переход должен сопровождаться изменением направления тока в проводниках так, чтобы электромагнитный момент машины действовал на все

Рис. 73 Распределение тока в проводниках обмотки якоря во время вращения якоря

Распределение тока в проводниках обмотки якоря должно сопровождаться изменением направления тока в проводниках. Коллектор обеспечивает, чтобы все проводники под северным полюсом пропускали ток в одном направлении, а под южным полюсом – в другом. Однако, когда якорь вращает проводники в обратной полярности, это также приводит к изменению направления тока.

Рисунок 4 Выпрямление тока коллектора

Рассмотрим принцип работы генератора постоянного тока с коллекторным приводом, используя упрощенную модель

Между полюсами N и S постоянного магнита находится вращающаяся часть машины – якорь, вал которого вращается приводным двигателем. В двух продольных пазах сердечника якоря находится обмотка из одной катушки, концы которой соединены с двумя медными изолированными полукольцами, образующими простой коллектор. Щетки установлены на поверхности коллектора А и Вкоторые находятся в скользящем контакте с коллектором и подключают генератор к внешней цепи с сопротивлением нагрузки R.

При вращении якоря в обмотке индуцируется переменная ЭДС.

E=B-V-l-cos a ,

(1)

где a – угол поворота обмотки относительно геометрической нейтральной точки (линия, разделяющая полюса разной полярности)

Рисунок 4 Выпрямление тока через коллектор

Если бы не было коллектора и щеток, ток во внешней цепи также был бы переменным, но через коллектор он превращается в пульсирующий ток, так как при изменении направления тока в пазах катушки при переходе их из области полюсов одной полярности в область полюсов другой полярности изменяется положение пластин коллектора под щетками.

Для получения постоянного тока во внешней цепи необходимо увеличить число витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника, соответственно увеличить число коллекторных пластин.

Таким образом, задача коллектора в генераторе переменного тока заключается в преобразовании переменного электромагнитного поля, индуцированного в обмотке якоря, в постоянное на проводниках генератора.

Коллектор в электронных машинах работает как выпрямитель переменного тока в постоянный (в генераторах переменного тока) и как автоматический переключатель направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Почему в машинах постоянного тока используется коллектор?

Коллектор в электронных машинах работает как выпрямитель переменного тока в постоянный (в генераторах) и как автоматический переключатель направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Когда магнитное поле пересекают только 2 проводника, образующие рамку, коллектор будет представлять собой единое кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой. В общем случае каждое полукольцо называется коллекторной пластиной.

Начало и конец кадра подключаются к собственной коллекторной пластине. Щетки расположены так, что одна из них всегда подключена к проводнику, который будет двигаться по северному полюсу, а другая – к проводнику, который будет двигаться по южному полюсу. На рисунке 1 показан вид на коллектор электронной машины.

Чтобы проанализировать, как работает коллектор, см. рис. 2, где показана рама с проводниками A и B в разрезе. Для наглядности проводник A показан толстым кругом, а проводник B – двумя тонкими кругами.

Если щетки замкнуть на внешний резистор, то энергия, наведенная в проводниках, вызовет электронный ток в замкнутой цепи. Поэтому с точки зрения работы коллектора можно говорить не о наведенном электронном токе, а об индуцированном электронном токе.

Рис. 1. Коллектор электронной машины

Рис. 2. Упрощенное изображение коллектора

Рис. 3. Выпрямление переменного тока коллектором

Пусть рама вращается по часовой стрелке. Когда вращающаяся рамка примет положение, показанное на рис. 3, A, в ее проводниках будет индуктироваться больший ток, поскольку проводники пересекают магнитные силовые линии, движущиеся перпендикулярно к ним.

Ток, индуцированный в проводнике B, подключенном к коллекторной пластине 2, будет течь по щетке 4 и, проходя по внешней цепи, вернется к проводнику A через щетку 3. При этом правая щетка будет положительной, а левая – отрицательной.

При следующем повороте рамки (положение B) в обоих проводниках снова возникнет ток, но направление тока в проводниках будет противоположным тому, которое они имели в положении A. Поскольку коллекторные пластины также вращаются вместе с проводниками, щетка 4 снова будет подавать электронный ток во внешнюю цепь, а ток через щетку 3 будет направлен в рамку.

Из этого следует, что хотя направление тока в самих вращающихся проводниках изменилось, направление тока во внешней цепи не изменилось в результате переключения, произведенного коллектором.

В следующий момент (положение D), когда рамка снова займет положение на нейтральной полосе, в проводах и, следовательно, во внешней цепи снова не будет тока.

В последующие моменты цикл рассматриваемых движений будет повторяться в том же порядке. Следовательно, направление тока, индуцируемого во внешней цепи коллектором, всегда будет оставаться одним и тем же, а вместе с ним будет оставаться неизменной и полярность щеток.

Рис. 4 Коллектор для двигателя постоянного тока

На рис. 5 показана конфигурация тока во внешней цепи за один оборот рамы, оснащенной коллектором. 5 Из кривой видно, что ток достигает больших значений в точках, соответствующих 90° и 270°, то есть когда проводники пересекают силовые полосы, расположенные именно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, поскольку проводники не пересекают линии электропередачи при прохождении через нейтральную точку.

Рисунок 5. Кривая конфигурации тока внешней цепи для одного оборота сепаратора после выпрямления коллектором

Из графика легко увидеть, что даже если направление тока во внешней цепи остается постоянным, его величина всегда изменяется между нулем и пределом.

Электронный ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, называется пульсирующим током. Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. По этой причине генераторы переменного тока стремятся сгладить пульсации и сделать ток более плавным.

В отличие от генераторов переменного тока, в двигателях постоянного тока коллектор действует как автоматический переключатель направления тока во вращающихся выводах якоря. Если в генераторе переменного тока коллектор выпрямляет переменный ток в постоянный, то в электродвигателе роль коллектора заключается в распределении тока в обмотках якоря таким образом, чтобы во время работы двигателя ток непрерывно протекал в одном направлении в проводниках, находящихся под северным полюсом, и в противоположном направлении в проводниках под южным полюсом.

Генераторы постоянного тока с коллекторным приводом (рис. 4.19а) отличаются от генераторов переменного тока, устройство и принцип действия которых мы изучаем в школьном курсе физики, только дополнительным конструктивным элементом – коллектором К. Они содержат следующие обязательные конструктивные элементы: магнитные полюса N и B с намотанными на них обмотками возбуждения ш_н1 и ш_н2, которые вместе образуют неподвижный статор, прикрепленный к корпусу; вращающийся якорь с обмотками в пазах (показана одна катушка); коллектор К из изолированных медных пластин, к которому подсоединены провода обмотки, и скользящие щетки II], ! и Щ₂ с выводными клеммами.

Генераторы постоянного тока с коллекторным приводом

Ток, протекающий через обмотку возбуждения_н1 и и>_н2, создает магнитный поток с намагниченностью Ф_нкоторый проходит через сердечники статора и якоря. Во время вращения якоря обмотки якоря (плечи якоря а и Ь длина I) пересекают линии магнитного поля с индукцией В со скоростью 1^ в каждом из них будет создана единичная ЭДС за счет электромагнитной индукции e, = B1U, направление которого определяется правилом правой руки. В этом случае, как и в генераторе переменного тока, ЭДС изменяется как по величине, так и по направлению (рис. 4.196). В момент, когда положение катушки f_х (рис. 4.19а) единичная ЭДС е_а в твоих объятиях а (ниже Южного полюса) и е_ь в объятиях Ь (ниже северного полюса) расположены в противоположных направлениях (как показывают стрелки). Но в катушке эти ЭДС используются последовательно и соответственно.

Поэтому в той части обмотки между пластинами коллектора, с которой контактируют щетки_х и Ш₂суммарное ЭМП Е равна сумме единичных ЭДС. Общее ЭМП может быть определено как

где N – количество витков; В – индукция магнитного поля; 5 – площадь катушки (каркаса); c – циклическая частота (в реальных генераторах переменного тока стандартная частота составляет 50 Гц).

Оружие а и Ь рамки пересекают линии магнитного поля с наибольшей скоростью V = Т^_Р1ах при f = l/2 и cp = Zl/2, где cp – угол между нормалью п к плоскости катушки и вектор индукции В. При этих значениях ЭДС cp Е = Е. При cp = 0 и cp = l скорость V = У_tHp * 0, и ЭМП Е = Е_pip * 0. При f = 0 и f = l ЭДС Е в объятиях катушки а и Ь изменить направление (знак) (рис. 4.196). Однако вектор падения напряжения на нагрузке и_к не изменяется (рис. 4.19c), потому что в эти моменты щетки_х и₂ переместится на другие плиты. Таким образом, коллекторное устройство обеспечивает постоянную ЭДС на выходе генератора при переменной ЭДС в отдельных обмотках и, следовательно, является механический выпрямитель.

Упрощенные электрические схемы генераторов переменного тока с независимым возбуждением (o) и самовозбуждением (б):

К – коллектор; А, В – основные щетки; С – вспомогательная щетка;

I – резисторы; и>._а – основные обмотки магнитного поля;

?с_р – последовательные размагничивающие обмотки; n>._п – последовательные размагничивающие обмотки; 1,2,3и4 – свинцовые клеммы.

Генераторы сварочных коллекторов (см. рис. 4.20), как и общепромышленные генераторы постоянного тока, описанные выше, имеют обмотки магнитного поля из_нкоторые питаются либо от независимого источника через регулятор напряжения СТ и выпрямитель В (рис. 4.20а), либо от самого генератора (рис. 4.206). В первом случае это Альтернаторы с независимым возбуждением, Во втором случае это Во втором случае это генераторы переменного тока с самовозбуждением. Намагничивающая обмотка состоит из относительно большого числа витков (?_н = 200. 500) и намагничивающий ток /?_н является относительно слабым (2. 20 A) и управляется переменным сопротивлением K.

При протекании через намагничивающую обмотку щ_н намагничивающий ток 1_Н в генератор индуцирует магнитный поток

где D_mn – сопротивление магнитной цепи на пути потока Ф_н.

В состоянии холостого хода генератор имеет поток Ф_н определяется как ЭДС генератора Е_Г, и его напряжение холостого хода и₀, который можно рассчитать по формуле

где С – постоянная генератора, C = Yrn/(60a); N – число витков в якоре; р – количество пар полюсов; а – количество пар щеток п – скорость вращения якоря, об/мин.

Изменение намагничивающего тока 1_Н используется для плавной регулировки напряжения холостого хода генератора и, следовательно, его режима работы под нагрузкой, т.е. во время сварки.

Основным отличием сварочных генераторов переменного тока от общепромышленных является наличие дополнительной обмотки возбуждения (i> p>)._р или i>_п), соединенные последовательно с дугой. Он расположен на отдельных лопатках корпуса генератора и состоит из небольшого количества обмоток (3,5), сечение которых рассчитывается в зависимости от номинального сварочного тока.

Магнитный поток, индуцируемый последовательной обмоткой возбуждения, возникает только тогда, когда генератор находится под нагрузкой. В зависимости от того, как подключена последовательная обмотка возбуждения, этот магнитный поток будет либо в направлении, противоположном основному намагничивающему потоку F_н – тогда поток F_р и обмотка и>_р называются размагничивающими (рис. 4.20а), или в направлении F_н – тогда поток F_и и обмотка называется подмагничиванием (рис. 4.206). Обмотки o>_р или ы>_п обмотки разделены на секции. При сварке включаются все обмотки (клемма 2) или их половина (клемма 3). В последнем случае магнитный поток значительно уменьшается. При необходимости последовательная обмотка может быть полностью отключена (клемма 4).

Если сварочный генератор имеет последовательную размагничивающую обмотку, то t>_р его ЭМП Е_у принимая во внимание уравнения (10) и (11) и предполагая, что y_м” * Д_ir

й_м и 1_р = /_дможно определить как

Затем уравнение его вольт-амперной (внешней) характеристики, предполагая, что внутреннее сопротивление, обусловленное действием размагничивающей обмотки, D_г = Ci)_р/.К_М, внутреннее активное сопротивление D_д. пренебрежимо мала и Е_г = и₀, можно записать как

Из уравнения (12) следует, что вольт-амперные характеристики генераторов с размагничивающими последовательными обмотками и) (см. рис. 4.20а и 6) будет круто уменьшаться (рис. 4.21а, при a>p_1pah.).

При отключенной размагничивающей обмотке (клемма 4) /dD_eq. = 0, а и_г = и₀. Вольт-амперная характеристика генератора становится жесткой (естественно пологой) при o_р = 0 (рис. 4.21а).

В генераторах переменного тока с размагничивающей обмоткой ток 1_Г зависит от намагничивающего тока 1_Н (рис. 4.216).

Наличие секционного деления в размагничивающей обмотке позволяет постепенно регулировать режим работы генератора.

Если генератор имеет субмагнитную последовательную обмотку возбуждения 1a_и(см. рис. 4.206) его внешняя вольт-амперная характеристическая кривая преобразуется уравнением (12) в

Внешние характеристики генераторов переменного тока с подмагничивающими обмотками и>

Внешние характеристики генераторов переменного тока с последовательными размагничивающими обмотками (a) и их контрольные кривые (б)

Изменение числа витков размагничивающей обмотки и>_п, Можно регулировать наклон вольт-амперной характеристики генератора (рис. 4.22). Обычно при минимальном количестве витков, т.е. и>_а —> 0, когда уравнение 1_яЯ_ы.

1_ЛЯ_У, Вольт-амперная характеристика генератора переменного тока является жесткой. При большем числе оборотов, когда 1_Д ? В_Э1. > /_д • Е_г, Внешние характеристики генератора увеличиваются.

Для питания намагничивающей обмотки и>_и требует постоянного напряжения, не зависящего от работы генератора. В генераторах переменного тока с независимым возбуждением этого можно легко добиться, используя автономный источник, такой как регулятор напряжения СТ и полупроводниковый выпрямитель V (см. рис. 4.20a), если в качестве привода генератора используется двигатель переменного тока.

Гораздо сложнее получить постоянное напряжение для питания намагничивающей обмотки в самом генераторе (генератор с самовозбуждением). Для этого между основными щетками A и B на коллекторе устанавливается промежуточная щетка C (см. рис. 4.206). Напряжение на щетках А и В мало изменяется в зависимости от режима работы генератора и практически постоянно во время работы.

Сварочные преобразователи и сварочные агрегаты представляют собой комбинацию сварочного генератора и приводного двигателя. Приводно-генераторные установки, в которых приводами сварочных генераторов являются трехфазные асинхронные электродвигатели, называются сварочными установками сварочные преобразователи (например, сварочные преобразователи типов PS, PSO, PSG и т.д.), а также преобразователи, приводимые в действие бензиновыми или дизельными двигателями внутреннего сгорания, называемые сварочными агрегатами. сварочное оборудование сварочные аппараты (например, сварочные аппараты типа ASB с бензиновыми двигателями и типа ADD с дизельными двигателями). Первые обычно используются в производственных процессах, вторые – в установках и в полевых условиях.

Сварочные преобразователи (рис. 4.23а) – это устройства, используемые для преобразования переменного тока (AC) сетевой частоты в сварочный постоянный ток (DC) путем преобразования механической энергии приводного электромотора в электрическую энергию с диапазоном напряжений и токов, необходимых для сварки [1].

Сварочный преобразователь (a) и схема его конструкции (бу.

1 – электрический двигатель; 2 – размещение; 3 – колеса; 4 – дышло; 5 – магнитные полюса; 6 – арматура; 7 – коллекционер; 8 – коммутатор; 9 – реостат; 10 – вольтметр; 11 – крепежные пластины; 12 – кисти; 13 – вентилятор.

Конструктивно он состоит (см. рис. 4.236) из трехфазного асинхронного электродвигателя 1 и сварочный генератор с независимым возбуждением (см. схему на рис. 4.20а) с роторами на одном валу и установленными в общем корпусе 2. С помощью колес 3 и тяга 4 Сварочный генератор весом 250. 300 кг можно относительно легко перемещать с одного рабочего места на другое.

Сварочный генератор имеет магнитные полюса 5, прикрепленный к корпусу и якорю 6, вращается с помощью электродвигателя. Якорь, в продольных пазах которого расположены катушки обмотки, изготовлен из отдельных лакированных листов электротехнической стали. На его заднем конце находится коллектор 7, состоящий из большого количества изолированных медных пластин, к которым припаяны начала и концы каждой группы катушек якоря. В распределительном щите 8 Имеется пакетный переключатель (не показан на рис. 4.23), реостат 9, вольтметр 10, клеммная панель 11 для кабелей высокого и низкого напряжения и других устройств. Угольные щетки прижимаются к коллектору 12, Сварочный ток отводится от него и подается на клеммы (“+” и “-“). Эти же клеммы используются для подключения проводов, подводящих сварочный ток к электроду и изделию. Инвертор охлаждается вентилятором. 13, установленный на валу.

Вид (a) и схема (b) сварочного агрегата:

1 – сварочный генератор; 2 – приводной двигатель внутреннего сгорания; 3 – регулятор скорости; 4 – топливный бак.

Сварочные агрегаты (рис. 4.24) преобразуют механическую энергию двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию при напряжении и силе тока, необходимых для сварки [2].

Сварочные аппараты более разнообразны по конструкции, чем сварочные преобразователи, и выпускаются в различных вариантах, напр. на раме; на шасси одноосного прицепа (рис. 4.24). 4.24a) с автономным двигателем внутреннего сгорания (бензиновым или дизельным); на гусеничных и колесных тракторных платформах (в этом случае генераторы вращаются от ВОМ трактора) и т.д.

При всем многообразии конструкций сварочного оборудования их технологические возможности определяются двумя основными компонентами (рис. 4.24#): сварочным генератором 1 Сварочный генератор с собственным возбуждением (см. схему на рис. 4.206) и дизельный двигатель 2.

Сварочные генераторы, преобразователи и генераторные установки, отличающиеся большим разнообразием как конструкции, так и внешнего вида, должны соответствовать требованиям стандартов: ГОСТ 304-82 “Генераторы постоянного тока для дуговой сварки”, ГОСТ 2402-82 “Сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания” и ГОСТ 7237-82 “Преобразователи постоянного тока для дуговой сварки”.

Коллектор должен быть тщательно осмотрен после обточки, так как медь часто вытягивается резцом и замыкает соседние пластины, такие участки должны быть зачищены, обточенный коллектор шлифуется до окончательной чистовой обработки.

Уход за коллектором и кольцами

Коллектор является ответственной частью электрической машины и требует постоянного и самого тщательного ухода.

Распределитель всегда должен содержаться в чистоте. Особенно вредна металлическая или угольная пыль. Эта пыль, смешанная с брызгами масла, образует грязь на коллекторе, которая вызывает искрение между щетками и пластинами коллектора.

Слюдяные (миканитовые) прокладки, отделяющие одну пластину от другой, не должны выступать над поверхностью коллектора. Коллектор должен иметь гладкую, полированную и близко расположенную цилиндрическую поверхность.

Очистка коллектора очищается сухими салфетками. Когда машина неподвижна или работает на холостом ходу, углеродистые отложения можно удалить тканью, смоченной бензином или спиртом. Не используйте ткань, смоченную в бензине или спирте, во время работы машины; в этом случае используйте стеклянную бумагу или пемзу для удаления маслянистых углеродистых отложений.

Если коллектор шероховатый или сильно загрязнен, его следует отполировать. Коллектор следует отшлифовать в холодном состоянии стеклянной бумагой № 00. Ширина бумаги должна быть равна длине коллектора. Шлифовка производится деревянным бруском, специально изготовленным для этой цели (рис. 1). Шлифование одной бумагой без блока не допускается. Шлифовка коллектора должна производиться при нормальной скорости вращения коллектора. Если коллектор очень грубый, шлифовка мелкозернистой бумагой № 00 займет много времени, поэтому в таких случаях используется более крупнозернистая бумага, но окончательная шлифовка производится бумагой № 00. После шлифовки коллектор следует тщательно очистить от медной пыли, особенно в пазах между пластинами коллектора.

При нормальной работе на поверхности коллектора быстро образуется красновато-фиолетовый слой (так называемая полировка). Этот слой уменьшает износ коллектора и щеток. Поэтому во время эксплуатации генераторов необходимо следить за сохранением этого слоя и шлифовать коллектор стеклянной бумагой только тогда, когда это действительно необходимо, т.е. когда на нем появляются шероховатости и пятна.

Чтобы удалить выступы миканитовой прокладки между пластинами коллектора, коллектор необходимо соскрести, т.е. удалить эти выступы специальным скребком. Глубина образовавшегося паза (дорожки) между соседними панелями не должна превышать 1-1,5 мм. Канавка должна иметь форму, показанную на рис. 2, а (на рис. 2, б показана неприемлемая форма канавки).

После “обжига” коллектор шлифуется, и вся медная и миканитовая пыль тщательно удаляется из канавок.

Если обнаружены более серьезные повреждения (глубокие прогары и т.д.), коллектор необходимо повернуть. Набивка коллектора – важная операция, которую следует доверить опытному мастеру.

Коллекторы для небольших машин изготавливаются на токарном станке. Коллекторы для больших машин могут быть развернуты на месте, т.е. без снятия арматуры, с помощью специального ползуна. Необходимо соблюдать следующие условия: a) подшипники генератора полностью исправны; b) ползун надежно закреплен; c) якорь генератора не убегает в продольном направлении, что достигается путем создания опоры на его валу; d) первичный двигатель (который вращает генератор) работает на самой низкой скорости.

При вращении распределителя удаляется очень мелкая стружка; иногда стружку приходится удалять несколько раз.

Коллектор должен быть тщательно осмотрен после обточки, так как медь часто замыкает соседние пластины, проходя через резец; такие участки должны быть зачищены; обточенный коллектор шлифуется до окончательной чистовой обработки.

Заточку коллектора следует проводить как можно реже (т.е. коллектор не должен эксплуатироваться до такой степени, чтобы заточка была неизбежной), поскольку при уменьшении площади поперечного сечения пластины коллектора срок ее службы сокращается.

Уход за контактными кольцами в синхронных генераторах переменного тока намного проще, чем для коллекторов машин постоянного тока. Как правило, кольца следует содержать в чистоте и своевременно очищать льняными тряпками (сухими во время движения и смоченными бензином или спиртом во время стоянки). Кольца должны быть заземлены и заземлены теми же методами, что и коллекторы. Однако следует отметить, что необходимость шлифовки или сплющивания колец возникает гораздо реже, чем у коллекционеров.

Для обеспечения равномерного износа колец необходимо периодически менять полярность колец через каждые 1000 часов работы генератора. Для этого просто поменяйте местами концы проводов, идущих к этим кольцам от возбудителя.

Начало и конец кадра соединяются с собственной пластиной коллектора. Щетки расположены таким образом, что одна из них всегда подключена к проводнику, который будет двигаться на северном полюсе, а другая – к проводнику, который будет двигаться на южном полюсе. На рисунке 1 показан общий вид коллектора электрической машины.

Коллектор, Принцип работы простейшего коллектора.

2015-07-14 6616
Коллектор – это механический преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе обусловлена тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток Коллектор в электрических машинах действует как выпрямитель переменного тока в постоянный (в генераторах переменного тока) и как автоматический переключатель направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).

Напряжение заставляет ток протекать через щетки, коллекторные пластины и катушку. Согласно закону электромагнитной силы (закон Ампера), при взаимодействии тока и магнитного поля возникает сила, направленная перпендикулярно. Направление силы определяется правилом левой руки (рис. 1.5): сила действует на верхний проводник справа, а на нижний – слева. Эта пара сил создает вращающий момент, который вращает катушку по часовой стрелке. Когда верхний проводник входит в область южного полюса, а нижний – в область северного полюса, концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Направление тока в проводниках катушки меняется на противоположное, в то время как направление сил, крутящего момента и тока во внешней цепи не меняется. Катушка будет постоянно вращаться в магнитном поле и может приводить в движение вал рабочего механизма (PM).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт между внешней цепью и катушкой, но и действует как механический инвертор, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в катушке.

Читайте далее: