Проектирование коллекторной машины постоянного тока; Студопедия

Щеткодержатель (Фото 4.6) состоит из корзины 4, в котором находится кисть 3, триггер 1, которая является шарнирной частью, передающей давление пружины 2 на щетке. Щеткодержатель крепится на оправке с помощью зажима 5. Щетка оснащена гибким кабелем 6 для подключения к электрической цепи машины. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой шинами, подключенными к проводам машины. Одним из основных условий безотказной работы машины является плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором. Давление щеток необходимо регулировать, так как слишком большое давление может привести к преждевременному износу щеток и перегреву коллектора, а слишком малое давление может привести к образованию дуги на коллекторе.

Конструкция коллекторной машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из (рис. 4.2): подшипниковые щиты 1подшипники 2, вентилятор 3, арматура 4, коллектор 5главная страница 6 и вспомогательный 7 палки и щеткодержатель с траверсой 8. Обозначение типа такой машины показано на том же рисунке.

Рис. 4.2 Структура машины постоянного тока

Статор. Он состоит из основания и основных столбов. Базовая рама используется для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитной цепи, поскольку через него проходит магнитный поток машины. Рама основания изготовлена из стали, материала с достаточной механической прочностью и высокой проницаемостью. На раме основания имеются ножки для крепления машины к опорной плите, а по периметру рамы расположены отверстия для крепления основных полюсных сердечников..

Основные полюса используются для генерации возбуждающего магнитного поля в машине. Главный полюс состоит из сердечника и полюсной катушки.. Полюсный сердечник имеет конец полюса на стороне, обращенной к якорю, что обеспечивает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре машины. Сердечники главных столбов изготовлены из конструкционной стали толщиной 1-2 мм. или из анизотропной холоднокатаной электротехнической стали, например, марки 3411. Экструдированные пластины главных полюсов не имеют специальной изоляции, поскольку тонкий оксидный слой на их поверхности достаточен для значительного подавления вихревых токов, наводимых в торцах полюсов пульсациями магнитного потока, вызванными работой сердечника якоря. Анизотропная сталь имеет более высокую проницаемость вдоль проката, что необходимо учитывать при штамповке листов и их укладке. Уменьшенная магнитная проницаемость проката способствует ослаблению реакции якоря и уменьшению рассеивания потока на главных и вспомогательных полюсах.

В маломощных машинах постоянного тока полюсные катушки выполняются бескаркасными путем намотки медной катушки непосредственно на полюсный сердечник с изолирующей прокладкой (рис. 4.3. a), а). В большинстве машин (мощность 1 кВт и выше) полюсная катушка выполнена в виде каркасной катушки: обмоточный провод наматывается на каркас (обычно пластиковый), а затем надвигается на полюсный сердечник (рис. 4.3, б). В некоторых конструкциях машин для более интенсивного охлаждения полюсный змеевик разделен по высоте, а между ними оставлены вентиляционные каналы.

Рисунок 4.3: Главные полюса с бескаркасными (a) и каркасными (b) катушками

Якорь. Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника с обмоткой и коллектора., сердечник с обмоткой и коллектором. Сердечник якоря изготавливается из штампованной тонколистовой стали электротехнической конструкции и собирается из штампованных пластин. Листы покрываются изоляционным лаком, связываются в пачки и запекаются. Готовый сердечник напрессовывается на вал якоря. Такая конструкция сердечника якоря позволяет значительно подавить вихревые токи в якоре, возникающие в результате намагничивания якоря при вращении в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые вставляется обмотка якоря.

Обмотка выполнена из медной проволоки круглого или прямоугольного сечения. После заполнения пазов якоря обмоточными проводами они обычно закрываются клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). На некоторых машинах пазы не закрываются клиньями, а на поверхность арматуры накладывается бандаж. Бандаж изготавливается из предварительно натянутой проволоки или стекловолокна. Передние части обмоток якоря крепятся к опорам обмотки с помощью бандажа.

Коллектор является одной из самых сложных частей машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются трапециевидные листы из горячетянутой меди, соединенные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. В зависимости от способа крепления коллекторных пластин существует два основных типа коллекторов: со стальными коническими шайбами и с пластиковыми шайбами. Рис. 4.4, а показана конструкция коллектора со стальными коническими шайбами.

Рисунок 4.4: Конструкция коллектора с коническими шайбами

Нижняя часть пластин коллектора 6 имеют форму ласточкина хвоста. При сборке коллектора пластинчатые элементы помещаются между стальными шайбами. 1 и 3, изолированы от медных пластин миканитовыми гильзами 4. Конические шайбы соединяются болтами. 2. Миканитовые изолирующие втулки помещаются между медными пластинами. Во время работы машины рабочая поверхность коллектора постепенно истирается щетками. Для того чтобы миканитовые уплотнения не выступали над рабочей поверхностью коллектора, что могло бы вызвать вибрацию щеток и помешать работе машины, между пластинами коллектора фрезеруют пазы (дорожки) глубиной 1,5 мм (рис. 4.4, б). Верхняя часть 5 коллекторные пластины (см. рис. 4.4, а), Верхняя часть коллекторной пластины (см. рис. 4.4a), называемая пластиной петуха, имеет узкий продольный паз, в который помещаются и тщательно припаиваются выводы обмотки якоря.

В машинах постоянного тока малой мощности часто используются коллекторы на пластике, Коллекторы часто используются в маломощных машинах постоянного тока с пластмассовыми коллекторами, которые легко изготовить. Набор медных и миканитовых пластин в этом коллекторе удерживается на месте пластиком, запрессованным в пространство между набором пластин и стальной гильзой. 4 и образует тело коллектора. Иногда этот пластик армируется стальными кольцами для увеличения прочности коллектора. 2 Усиленные стальными кольцами 3 (рис. 4.5). В этом случае прокладки из миканита должны быть больше, чем медные пластины. 1, что предотвращает короткое замыкание пластин стальными (армирующими) кольцами. 3.

Электрический контакт с коллектором осуществляется щетками, помещенными в щеткодержатели.

Рисунок 4.5: Схема расположения коллектора Рисунок 4.6: Держатель щетки

на пластике. (сдвоенная) машина

Щеткодержатель (фото 4.6) состоит из корзины 4, в котором находится кисть 3, триггер 1, которая является шарнирной частью, передающей давление пружины 2 на щетке. Щеткодержатель крепится на оправке с помощью зажима 5. Щетка оснащена гибким кабелем 6 для подключения к электрической цепи машины. Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой коллекторными шинами, подключенными к проводам машины. Одним из главных условий бесперебойной работы машины является плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором. Давление щеток необходимо регулировать, так как слишком большое давление может привести к преждевременному износу щеток и перегреву коллектора, а слишком малое давление может привести к образованию дуги на коллекторе.

Помимо этих деталей, машина постоянного тока имеет два подшипниковых щита: передний (со стороны коллектора) и задний (см. рисунок 4.2). В центре щита имеется отверстие для подшипника. Передний подшипниковый щит имеет смотровое окно (люк) с крышкой, через которое можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машину. Концы обмотки подключаются к клеммам клеммной коробки. Вентилятор служит для самовентиляции машины: воздух поступает в машину, как правило, со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выводится с противоположной стороны через решетку.

Из рассмотрения принципа действия и конструкции коллекторной машины постоянного тока следует, что обязательным компонентом этой машины, включенным между обмоткой якоря и внешней питающей сетью, является щеточно-коллекторный узел – механический преобразователь тока. Поэтому коллекторные машины сложнее, чем некоммутаторные машины переменного тока (асинхронные и синхронные), и поэтому уступают им (особенно асинхронным) в надежности и стоят дороже

Двигатели постоянного тока широко используются для привода подъемного оборудования в качестве крановых двигателей и для привода транспортных средств в качестве тяговых двигателей.

Конструкция соединения щетки с коллектором.

Самым критичным и ненадежным местом машины для сбора щеток является Соединение щеточного коллектора который состоит из щеток (помещенных в фиксаторы щеток) и коллектора, представляющего собой сборку трапециевидных коллекторных пластин, разделенных миканитовыми уплотнениями. Медные и миканитовые пластины удерживаются в сжатом состоянии на дне “ласточкина хвоста” стальными конусными кольцами 1 (рис. 13.2). Выступающая часть коллекторных пластин 6, называемая “коктейлем”, используется для соединения секции обмотки якоря с коллекторными пластинами. Пластины коллектора изолированы от конусных колец миканитовыми втулками 3, а от ступицы 5 – миканитовым изолирующим цилиндром 4. Поверхность медных коллекторных пластин постепенно истирается щетками во время работы машины. Коллектор необходимо периодически “шиммировать”, чтобы миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что может нарушить электрический контакт между коллектором и щетками. Эта операция включает фрезерование канавок (дорожек) между рабочими поверхностями пластин коллектора на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4). Поверхность медных коллекторных пластин постепенно истирается щетками во время работы машины. Коллектор необходимо периодически “шиммировать”, чтобы миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что может нарушить электрический контакт между коллектором и щетками. Эта операция включает фрезерование канавок (дорожек) между рабочими поверхностями пластин коллектора на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4).

5 слайд

МДК 01.01 “Электрические машины и оборудование” презентация на тему “Конструкция коллекторных машин постоянного тока”.

1 слайд

МДК 01.01 “Электрические машины и оборудование” презентация на тему “Проектирование коллекторных машин постоянного тока”.

2 слайд

Введение Электрические машины постоянного тока широко используются в различных отраслях промышленности. Значительное распространение электромоторов постоянного тока обусловлено их ценными характеристиками: высоким пусковым, тормозным и перегрузочным моментом, относительно высокой рабочей скоростью, что важно для реверсирования и торможения, возможностью широкого и плавного регулирования скорости.

3 слайд

Машина постоянного тока – это электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока является обратимой.

4 слайд

Проектирование коллекторной машины постоянного тока. 1 – вал якоря; 2 – передний диск подшипника; 3 – коллектор; 4 – щетки; 5 – якорь; 6 – главный полюс; 7 – катушка возбуждения; 8 – рама; 9 – задний диск подшипника; 10 – вентилятор; 11 – шины; 12 – лапы; 13 – подшипник Клеммная коробка (не показана). Коллекторная машина постоянного тока состоит из следующих основных частей: неподвижной части – статора; вращающейся части – якоря; щеточного аппарата и остальной части машины.

5 слайд

Статор. Стационарная часть – коллектор машины постоянного тока. 1 – основные столбы, 2 – вспомогательные столбы, 3 – рама

6 слайд

Стоять. Он используется для крепления главных полюсов и опорных пластин и является частью магнитопровода. Рама изготовлена из стального листа. В нижней части рамы имеются ножки для фиксации машины. 1 – лапа для крепления машины, 2 – корпус, 3 – отверстие для крепления крышки подшипника, 4 – место для крепления главного полюса машины, 5 – место для крепления вспомогательного полюса машины, 6 – подъемное кольцо.

7 слайд

Основные столбы. Главные полюса используются для создания магнитного поля возбуждения в машине. Главный полюс состоит из сердечника и полюсной катушки. На машинах большей мощности устанавливаются вспомогательные полюса для устранения дуги под щетками. Сердечник формируется из тонких листов электротехнической стали, изолированных тонким слоем изоляционного лака для снижения потерь на вихревые токи. Обмотка полюса выполнена бескаркасной (путем намотки медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку). Каркасная обмотка (обмоточный провод наматывается на каркас (обычно пластмассовый), а затем прикладывается к полюсному сердечнику). 1) 2) 1 – каркас; 2 – сердечник; 3 – полюсная катушка.

8 слайд

Якорь. Вращающаяся часть коллекторной машины постоянного тока. 1 – сердечник; 2 – обмотка; 3 – коллектор

9 слайд

Сердечник и обмотка якоря. Сердечник якоря имеет предварительно отформованную конструкцию и изготовлен из штампованных листов электротехнической стали. Листы покрываются изоляционной краской, укладываются и запекаются. Готовый сердечник напрессовывается на вал клапана. Это снижает потери из-за вихревых токов. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые вставляется обмотка якоря. Обмотка якоря в коллекторной машине постоянного тока представляет собой замкнутую систему проводников, расположенных на сердечнике якоря и соединенных с коллектором. Обмотка изготавливается из круглой или прямоугольной медной проволоки. Пазы якоря после заполнения обмоточными проводами обычно закрываются клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми), а в некоторых машинах пазы не закрываются клиньями, но на поверхность якоря накладывается лента. Они изготавливаются из натянутой проволоки или стеклянной ленты. Обмотки делятся на петли и волновые обмотки, которые бывают простыми или сложными.

10 слайд

Петлевая обмотка якоря. Простая петлевая обмотка. В простой петлевой обмотке якоря каждая секция соединена с двумя соседними пластинами коллектора. При укладке секций на сердечник якоря начало каждой последующей секции соединяется с концом предыдущей секции, постепенно перемещаясь по поверхности якоря так, чтобы все секции обмотки были уложены за один проход вокруг якоря. В результате конец последней секции соединяется с началом первой, т.е. обмотка якоря замыкается. Простая петлевая обмотка.

Слайд 11

Коллекционер. Коллектор – одна из самых сложных частей коллекторной машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются трапециевидные пластины из твердотянутой меди, соединенные таким образом, что коллектор принимает цилиндрическую форму. Существует два основных типа коллекторов: с коническими стальными шайбами (а) и на пластике (б). (b) 1,3 – конические стальные шайбы. 2 – болты. 4 – миканитовые прокладки. 5 – верхняя часть коллекторных пластин. 6 – нижняя часть коллекторных пластин. 1 – набор тарелок. 2 – пластик. 3 – кольца из арматурной стали. 4 – стальная втулка.

12 слайд

Система щеток. Щеточный узел состоит из щеткодержателя и установленных в нем щеток. Щеточный узел используется для скользящего контакта с коллектором. 1 – триггер. 2 – пружины. 3 – кисти. 4 – корпус. 5 – зажим. 6 – гибкий шланг.

13 слайд

Другие части машины для сбора постоянного тока. Корпуса подшипников: передний и задний. Оба диска имеют корпуса, в которых установлены подшипники, закрытые крышками с обеих сторон. Корпуса подшипников предназначены для поддержки вала якоря. Вентилятор предназначен для самовентиляции машины: воздух поступает внутрь машины, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выдувается с противоположной стороны через решетку. Клеммная коробка содержит клеммы, к которым подходят концы обмоток статора.

14 слайд

Принцип работы Взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает вращающий момент, который приводит в движение ротор двигателя. Он преобразует электрическую энергию, подаваемую на обмотки двигателя, в механическую (кинетическую) энергию вращения. Полученная механическая энергия может быть использована для привода машин.

15 слайд

Методы возбуждения машины постоянного тока с использованием постоянного магнита

16 слайд

Потери в машине постоянного тока В машинах постоянного тока существуют магнитные, механические и электрические потери. Существуют также дополнительные потери (до 1% по ГОСТу). Магнитные потери происходят в сердечнике якоря. Электрические потери обусловлены нагревом обмоток и щеточного аппарата. Механические потери состоят из потерь из-за трения щеток о коллектор, трения в подшипниках и трения в вентиляторе.

17 слайд

Применение Двигатели постоянного тока способны бесступенчато регулировать скорость в любом диапазоне, создавая при этом высокий пусковой момент. Это свойство двигателей постоянного тока делает их незаменимыми в качестве тяговых двигателей на городском и железнодорожном транспорте (трамвай, троллейбус, метро, электровоз, тепловоз). Двигатели постоянного тока также используются в электроприводах некоторых металлорежущих станков, прокатных станов, крановых машин и экскаваторов. Постоянный ток используется для питания электролитических ванн, электромагнитов различного назначения, аппаратуры управления и контроля, для зарядки аккумуляторов. Машины постоянного тока также используются в электрооборудовании автомобилей, кораблей, самолетов и ракет.

Интересная информация! Чисто теоретически, работа в этом режиме не может привести к постоянному увеличению скорости вращения ротора. Он перестанет увеличиваться, когда электродвижущая сила измерителя достигнет напряжения питания.

Основные понятия

Давайте кратко пройдемся по структуре двигателя, чтобы помочь усвоить дальнейший материал.

Как работает двигатель постоянного тока

На схеме выше вы можете увидеть основные части любого коллекторного двигателя постоянного тока. Его дизайн более чем классический, а разница в моторах обусловлена их мощностью и настройкой.

Итак, давайте по порядку:

• Якорь или ротор – это движущаяся часть машины, которая выполняет механическую работу. Это цельный металлический вал, который крепится к корпусу устройства с помощью роликовых подшипников, что, собственно, и позволяет детали вращаться.
• Глядя на фото выше, мы идем справа налево, разбирая детали, установленные на валу.
• Мы видим пылезащитную шайбу на подшипнике. Это предотвращает засорение механизма грязью, а также обеспечивает его прочную и аккуратную фиксацию в металлическом корпусе двигателя.
• Далее идут короткие параллельные пластины, которые изолированы друг от друга. Эта часть якоря является коллектором двигателей постоянного тока. Их задача – постоянно менять секции обмотки якоря при вращении ротора для достижения максимальной эффективности.

• Если вы не знаете закон электромагнитной индукции, вы, вероятно, не понимаете того, что мы только что сказали. Подождите минутку, мы объясним это в следующей главе.
• Давайте двигаться дальше. От коллектора в разных направлениях отпаяны медные провода. Это провода обмотки якоря, которые подаются через коллектор.
• Далее идет самая толстая и важная часть якоря, которая состоит из якоря (сердечника), токарного стального листа и собственно обмотки, которая представляет собой медные провода, расположенные определенным образом в пазах якоря.

Интересная информация! Обмотка якоря защищена от абразивной пыли струнным бронированием. Абразивная пыль внутри двигателя постоянно образуется в результате трения металлических частей подшипника друг о друга.

• Ротор увенчан пластиковой крыльчаткой, которая отвечает за охлаждение двигателя во время работы.

• Второй, но не менее важной рабочей частью двигателя является статор. Эта часть является стационарной. По сути, статор – это электромагнит, задачей которого является создание направленного магнитного поля.
• Он состоит из сердечника, который также изготовлен из пластин, и обмотки.

Интересная информация! Обратите внимание, что, кроме того, что ток к обмотке статора подводится через неподвижные клеммные соединения, а сама деталь неподвижна, ее конструкция точно такая же, как у ротора, который определяет характеристики электродвигателей.

• Статор и ротор удерживаются в нужном положении корпусом, который изготовлен из стали.
• Для обеспечения устойчивости двигателя к корпусу может быть прикреплена рама, но это зависит от типа двигателя и способа его использования.

• Другой важной частью двигателя постоянного тока является щеточный узел. Эти детали являются изнашиваемыми и могут быть заменены в процессе эксплуатации. Они обеспечивают скользящий контакт. Таким образом, коллекторы двигателей постоянного тока приводятся в действие электричеством.
• Кисти изготовлены из графита. Существуют также модели с центральным медным сердечником; такие щетки называются медно-графитовыми.
• От щеток идут провода, которые уже соединены последовательно с блоком управления двигателем и источником питания.

Электромагнитная индукция

Разобрав конструкцию двигателя переменного тока с коллектором, давайте немного поговорим о законах физики, по которым может работать это устройство.

• Таким образом, суть работы любого электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии в кинетическую. То есть в механическую силу, которая обычно передается на механизм, приводимый в движение вращающимся валом, с помощью различных шестеренок.
• Основной физический закон, заставляющий двигатель вращаться, – это взаимодействие магнитных полей. Закон электромагнитной индукции также очень важен для понимания того, как работают эти машины. Давайте попробуем немного разобраться в этом.
• На схеме выше показано, как работает генератор постоянного тока. Не спешите умиляться, принцип работы с мотором у этого устройства общий, а то и больше….
• Мы видим постоянный магнит, создающий поле, линии которого направлены от северного полюса к южному.
• Согласно закону электромагнитной индукции, если провести проводник через эти волны, в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС). Другими словами, в проводнике индуцируется ток.
• Этот ток ничем не хуже любого другого тока и поэтому также создает магнитное поле вокруг проводника. Этот принцип заложен в работу двигателей с короткозамкнутым ротором. Но в нашем случае магнитное поле от ЭМП оказывает тормозящее действие.
• Мы смотрим на внутреннюю часть схемы. Здесь мы видим вращающийся каркас – простейший эквивалент обмотки якоря.

• Представьте, что изначально рама стоит горизонтально. При вращении рамки части рамки ab и cg начинают пересекать магнитное поле. Ток начинает подниматься до тех пор, пока рама не станет идеально вертикальной.
• Затем ток начинает падать до нуля, пока рамка снова не станет горизонтальной.

Интересная информация! Это уменьшение связано с тем, что в таком положении проводники уже не пересекают магнитное поле, а скользят вдоль его линий.

• Это положение противоположно исходному – части рамы поменялись местами.

• Мы продолжаем ротацию. Ток снова начинает нарастать, но, согласно правилу левой руки, его направление в цепи будет обратным. Вот как работает генератор переменного тока. Он отличается от героя нашего обзора тем, что у него нет коллектора, а вместо него используется сплошное контактное кольцо. Этот ток графически представлен в виде синусоиды – см. рисунок ниже, точка “b”.

• Цель коллектора – предотвратить изменение направления тока. Напомним, что коллектор состоит из изолированных пластин, которые находятся в контакте со щетками, так что при изменении полуоборотов рамки меняются местами.
• Графически ток, создаваемый такой рамкой, показан на рисунке выше, точка “c”.

Итак, это было введение, чтобы дать вам лучшее понимание того, о чем мы будем говорить во второй части статьи.

Главные столбы – магнитное поле в Коллекторная машина постоянного тока создается намагничивающей силой обмотки возбуждения, которая состоит из сложных катушек, соединенных с сердечником главных полюсов. Сердцевина основных столбов состоит из пакетов стальных листов толщиной 1-2 мм, которые спрессованы и скреплены между собой шпилькой. Столбы крепятся к раме с помощью болтов или штифтов. Полюсные катушки обычно изготавливаются из медного провода, намотанного на каркас из изоляционного материала.

Проектирование электрической машины с коллектором постоянного тока.

Конструкция машины постоянного тока состоит из двух основных частей – неподвижной части, статора, и вращающейся части, якоря.

Статор состоит из основания, главных полюсов и вспомогательных полюсов.

Основание (якорь) используется для поддержки полюсов и опорных пластин и также является частью магнитной цепи. Это означает, что магнитный поток проходит через него по петле. По этой причине рама изготовлена из стали (материал с достаточной механической прочностью и высокой магнитной проницаемостью). Рама имеет по периметру отверстия для крепления основных и вспомогательных столбов. В случае машин малой и средней мощности станина отливается за одно целое или сваривается из листовой стали. Большие электрические машины имеют разборную раму для облегчения сборки и транспортировки.

Главные столбы – магнитное поле в Коллекторная машина постоянного тока создается движущей силой обмотки возбуждения, которая состоит из сложных катушек, установленных на главных полюсах. Сердцевина основных столбов выполнена в виде пучков стальных листов толщиной 1-2 мм, которые спрессованы между собой и скреплены шпилькой. Столбы крепятся к раме с помощью болтов или штифтов. Полюсные катушки обычно изготавливаются из медного провода, намотанного на каркас из изоляционного материала.

Вспомогательные полюса – используются в машинах мощностью более 1 кВт для уменьшения дуги на щетках. Вспомогательный полюс состоит из сердечника и катушки из медной проволоки. Сечение этого провода рассчитано на рабочий ток машины, поскольку вспомогательные полюса установлены между главными полюсами, прикрепленными болтами к раме, а катушки вспомогательных полюсов соединены последовательно с обмоткой якоря.

Якорь состоит из вала, сердечника с обмотками и катушки. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывается обмотка. Сердечник якоря имеет сборную конструкцию и изготовлен из предварительно собранных пластин из тонкого листа электротехнической стали. Пластины покрываются изоляционным лаком, склеиваются и запекаются. Сердечник напрессовывается на вал якоря. Обмотка выполнена из медной проволоки круглого или прямоугольного сечения. После заполнения их обмоточными проводами пазы арматуры обычно закрываются клиньями (текстолитовыми или гетогенаксными).

Коллектор – является одной из самых сложных частей машины постоянного тока. Основным компонентом коллектора являются трапециевидные пластины, изготовленные из горячетянутой меди. Собран таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. Между медными пластинами находятся миканитовые изолирующие шайбы. Верхняя из пластин коллектора называется пластиной петуха и имеет узкий продольный паз, в который вставляются и тщательно припаиваются провода обмотки якоря. Коллекторы на пластификаторах часто используются в маломощных машинах постоянного тока. Электрический контакт с коллектором осуществляется щетками, которые помещены в щеткодержатели. Щеткодержатель крепится к пальцу с помощью зажима. Щеткодержатель оснащен гибким кабелем, который соединяет его с электрической цепью машины.

В дополнение к вышеупомянутым частям, конструкция машины постоянного тока оснащен двумя торцевыми щитками, один спереди и один сзади. В передней опорной плите имеется люк с крышкой, через который можно осмотреть коллектор и щетки, не разбирая машину. Концы обмоток выводятся на клеммы клеммной коробки.

При замене wmb, wmz, wmr и т.д. вы автоматически получаете скидку до 3% после первой замены.

Мощность Ru это сумма полезной мощности и потерь мощности.

Машины постоянного тока

Для того чтобы электрическая машина преобразовывала механическую энергию в электрическую (или наоборот), в обмотке движущейся вращающейся части должен протекать переменный ток. Поэтому основной проблемой при создании машин постоянного тока является электромеханическое преобразование переменного тока в постоянный и наоборот. Для осуществления этого преобразования подвижная часть машины, называемая арматураоснащен специальным устройством – коллекционер. На рис. 5.16, а показана упрощенная схема коллекторной машины. Якорь вращается между магнитными полюсами статора. Одна катушка помещается в его пазы и подключается к простому коллектору, состоящему из двух проводящих полуколец. При вращении якоря массивные щетки скользят по поверхности коллектора, обеспечивая связь

Рисунок 5.16. Упрощенная коллекторная машина в режиме генератора переменного тока (а) и пульсирующий ток на его выходных клеммах (б)

Обмотки якоря подключены к внешним цепям. Если машина работает в режиме генератора, то внешней цепью является нагрузка (сопротивление), если машина является двигателем, то обмотки якоря питаются извне. Соответственно, в случае генератора вал якоря вращается наружу, а в случае двигателя машины вал якоря создает крутящий момент наружу.

В режиме генератора в обмотке якоря индуцируется ЭДС $ = 2BVlsm который зависит от угла a, под которым обмотка пересекает магнитное поле статора. Поскольку a имеет значения в диапазоне от 0 до 2l, в обмотке якоря индуцируется переменная ЭДС. Когда щетки переходят от одного полукольца коллектора к другому, направление тока во внешней цепи меняется одновременно с изменением направления ЭДС. В результате ток во внешней цепи не переменный, а пульсирующий (рис. 5.16, б). Чтобы сделать его практически постоянным, обмотка состоит из множества петель, соединенных в катушки (секции). Коллектор состоит из ряда узких изолированных пластин, внешние стороны которых образуют кольцо, по которому скользят щетки. Концы секций соединены с коллекторными пластинами, а каждая пластина соединена с концом одной секции и началом другой. Таким образом, количество секций равно количеству коллекторных пластин. В режиме работы двигателя, когда обмотка одной катушки находится в нейтральном положении, на якорь не действуют электромагнитные силы, и равномерное вращение не может быть обеспечено. Поэтому конструкция двигателя должна быть похожа на конструкцию генератора переменного тока, т.е. содержать обмотку с множеством равномерно расположенных секций, соединенных с пластинами коллектора.

Вращающий момент электромагнитных сил в машине пропорционален магнитному потоку машины Ф и току обмотки якоря /._я:

где коэффициент пропорциональности к зависит от конструкции машины. Когда машина работает в режиме генератора, крутящий момент М противоположен крутящему моменту приводного двигателя. В режиме двигателя этот крутящий момент передается через вал ротора на нагрузку.

Важной характеристикой машины является коэффициент полезного действия (COP), который представляет собой отношение эффективной выходной мощности машины к ее КПД. Р_выход к полной мощности, потребляемой машиной P_выход

Мощность Ru это сумма полезной мощности и потерь мощности.

В машинах постоянного тока, как и в других электрических машинах, существуют магнитные, электрические и механические потери (основные потери) и дополнительные потери.

Магнитные потери P происходят только в сердечнике якоря, так как только эта часть магнитной цепи машины постоянного тока размагничивается. Магнитные потери включают потери, связанные с самим размагничиванием (потери в петле гистерезиса) и вихревые токи. P_mn зависит от частоты намагничивания, магнитной индукции в якоре, толщины листовой электротехнической стали, ее магнитных свойств и качества изоляции этой листовой стали в пакете якоря.

Электрические потери возникает в результате нагрева обмоток и щеточного контакта из-за их сопротивлений и регулируется законом Джоуля-Ленца. Сюда входят потери в пусковом и регулирующем реостатах.

Механические потери P_wxP Они состоят из потерь на трение щеток на коллекторе, потерь на трение в подшипниках и расхода энергии на вентиляцию.

Сумма магнитных и механических потерь – это потери холостого хода. Они практически не зависят от электрической (в случае генератора) или механической (в случае двигателя) нагрузки на машину. Электрические потери в цепи якоря и в щеточном контакте зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называются переменная.

Кроме того, существует множество дополнительных потерь, которые являются незначительными и трудно поддаются оценке. К ним относятся потери от вихревых токов в медных обмотках, из-за неравномерного распределения индукции в стали якоря под нагрузкой и т.д. Дополнительные потери обычно не превышают 1% от полезной мощности для генераторов или 1% от потребляемой мощности для двигателей. В результате получается выражение для коэффициента эффективности:

КПД сильно зависит от нагрузки на машину (рис. 5.17). Как правило, при номинальной нагрузке машины постоянного тока мощностью от 1 до 100 кВт имеют г = 0,75-0,90, при мощности свыше 100 кВт л) = 0,90-0,97. КПД маломощных машин значительно ниже.

Когда якорь вращается в нагруженной машине, магнитное поле искажается. Результирующий магнитный поток в генераторе движется в направлении вращения якоря, а в двигателе – в направлении, противоположном этому вращению. Это искажение поля, которое увеличивается с ростом нагрузки, называется Якорный ответ. Реакция якоря – это вредное и даже опасное явление. Во-первых, это приводит к ухудшению условий работы щеток. Во-вторых, смещение и увеличение максимального поля приводит к увеличению напряжения между соседними пластинами коллектора. В результате между соседними

Рис. 5.17: Зависимость эффективности коллекторной машины от нагрузки может привести к образованию дуги между пластинами. По мере его развития возникает дуга через коллектор и щетки. Это явление называется круговой огонь через коллектор и является очень опасным – приводит к разрушению щеток и коллекторных пластин, поломке машины и даже пожару.

Чтобы уменьшить реакцию якоря, на главных полюсах статора делается компенсационная обмотка. Он подключается последовательно с цепью якоря, тем самым компенсируя искажение магнитного поля машины, вызванное реакцией якоря. Другим методом улучшения условий коммутации коллектора и щеток является введение дополнительных полюсов, которые создают поле, направленное противоположно реакции якоря.

Читайте далее:

• ГОСТ 21888-82 (IEC 276-68, IEC 560-77) Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения (с изменениями N 1) от 30 марта 1982 года.
• Шаговые двигатели: свойства и практические схемы управления. Часть 2.
• Ремонт коллекторных двигателей.
• Машина постоянного тока – принцип работы.
• Коллекторный двигатель: конструкция, история развития, характеристики.
• Что такое якорь в электродвигателе – Станция техобслуживания ЭкоПаркинг.
• Характерные неисправности электродвигателей и способы их устранения.