Методические указания к выполнению задания

1) Конструкция машины постоянного тока.

Рисунок 5 – Машина постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных элементов – статора (неподвижного элемента) и якоря (вращающегося элемента). На рис. 5 представлены составляющие элементы машины постоянного тока: 1 – вал; 2 – передний подшипниковый щит; 3 – коллектор; 4 – щеткодержатель; 5 – сердечник якоря с обмоткою; 6 – сердечник главного полюса; 7 – обмотка возбуждения главного полюса; 8 – станина; 9 – задний подшипниковый щит; 10 – вентилятор; 11 – лапы; 12 – подшипник, 13 – рым-болт.

Статор состоит из станины 8 (корпусу), главных полюсов 6 с обмоткой возбуждения 7 и добавочных полюсов. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Станина изготавливается из стали. К ней болтами крепят главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты 9. Сверху на станине машин средней мощности есть рым-болт 13 или транспортные ушки для транспортировки, снизу – лапы 11 для крепления машины к фундаменту.

Главные полюса машины набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 ÷ 1 мм с целью уменьшения потерь, возникающих из-за пульсации магнитного поля полюсов в воздушном зазоре под полюсами. Листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками. Назначение главных полюсов - создание основного магнитного потока. Последние листы полюса выполняют из более толстой стали (4 ÷ 10 мм), чтобы избежать распушивания пакета. Полюс заканчивается полюсным наконечником определенной формы, который обеспечивает необходимый характер распределения магнитного поля в воздушном зазоре.

На сердечнике полюса крепится обмотка возбуждения, по которой проходит постоянный ток, создающий главный магнитный поток.

Дополнительные полюса устанавливают между главными. Они служат для улучшения коммутации и уменьшения воздействия потока реакции якоря. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение. Сердечники дополнительных полюсов могут быть выполнены монолитными из полосовой стали или собранными из отдельных листов электротехнической стали толщиной 1 мм.

Якорь машины постоянного тока состоит из вала 1, сердечника 5, обмотки и коллектора 3. Сердечники якоря собирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В машинах с радиальной системой вентиляции листы сердечника якоря собираются в отдельные пакеты толщиной 60 ÷ 80 мм, между которыми делают вентиляционные каналы шириной 10 мм с помощью специальных распорок. При осевой (аксиальной) вентиляции в сердечнике якоря выполняют отверстия для прохождения воздуха вдоль вала. На внешней поверхности сердечника якоря имеются пазы для обмотки.

Воздушный зазор между полюсами и якорем выполняют одинаковым по всей ширине полюсного наконечника, если в машине есть компенсационная обмотка. Компенсационные обмотку укладывают в пазы, которые выполняют в наконечниках главных полюсов. Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и помогает уменьшить искажающее воздействие потока реакции якоря на главное магнитное поле в зоне главных полюсов машины. Иногда под краями наконечника полюса зазор делают больше, то есть делают эксцентричный воздушный зазор, который постепенно увеличивается от середины полюса к его краю. Эксцентричный воздушный зазор делают для уменьшения искажающего действия потока реакции якоря на главное поле машины в зоне главных полюсов, если в машине нельзя установить компенсационную обмотку.

Станина, сердечники, полюса и якорь являются участками магнитопровода, по которым замыкается магнитный поток, созданный током обмотки возбуждения. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути следования магнитного потока все указанные участки выполняют из стали. Для этой же цели воздушный зазор между якорем и полюсами стремятся сделать меньше. Обычно он составляет несколько миллиметров. Секции обмотки якоря выполняют из медных проводов круглого или прямоугольного сечения (рис. 6). Они укладываются в пазы, которые тщательно изолированы. Обмотка якоря всегда двухслойная, ее закрепляют в пазах клиньями или крепят бандажом.

Рисунок 6 – Размещение секции обмотки в пазах сердечника якоря

Бандаж изготавливают из немагнитной стальной проволоки, который наматывается с предварительным натяжением. В современных машинах для бандажирования якорей используют стекловолоконные ленту. Лобовые части крепят специальным проволочным бандажом.

Коллектор (рис. 7) машины постоянного тока собирается из клиноподобных пластин из холоднокатаной меди.

1 – корпус; 2 – стяжной болт; 3 – стальное нажимное кольцо;

4 – миканитовые манжеты; 5 – петушок;

6 – «ласточкин хвост» коллекторной пластины; 7 – коллекторная пластина;

Рисунок 7 – Коллектор машины постоянного тока

Пластины изолируют одну от другой прокладками из коллекторного миканита толщиной 0,5 ÷ 1 мм. Нижние (более узкие) края пластин имеют вырезы в виде "ласточкина хвоста", которые служат для крепления медных пластин и миканитовой изоляции. Коллекторы крепят нажимными конусами.

В коллекторных пластинах со стороны якоря при небольшой разнице в диаметрах коллектора и якоря делают выступления, в которых фрезеруют прорези (шлицы). В них укладывают концы обмотки якоря и припаивают их оловянным припоем.

При большой разнице в диаметрах присоединения концов обмотки якоря к коллектору выполняют с помощью медных полосок, которые называются "петушками". В быстроходных машинах большой мощности, для предотвращения выпадения пластин под действием центробежных сил применяют наружные изолированные бандажные кольца.

Щеточный аппарат состоит из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щетко-держателей и щеток. Траверса предназначена для крепления на ней щеточных пальцев щеткодержателей (поз. 4 на рис. 5), которые создают электрическую цепь. Давление на щетку составляет 0,02 ÷ 0,04 МПа. Для соединения щетки с электрической цепью является гибкий медный трос (рис. 8).

а) для машин малой и средней мощности; б) для машин большой мощности; 1 – щеточный канатик; 2 – наконечник Рисунок 8 – Щетки машин постоянного тока

Щеткодержатели в машинах постоянного тока выполняют радиальными или наклонными по отношению к поверхности коллектора. Наиболее распространенными являются радиальные щеткодержатели. Наклонные щеткодержатели чаще применяют для машин с односторонним направлением вращения. Щетки прижимают к коллектору пружинами. Все щеткодержатели одной полярности соединяются между собой сборными шинами, которые подключаются к выводам машины. Щетки в зависимости от состава порошка, способа изготовления и физических свойств разделяют на шесть основных групп: угольно-графитовые, графитовые, электрографитированные, медно-графитовые, бронзо-графитовые и серебряно-графитовые.

а) траверса, б) щеткодержатель; 1 – щеточный палец, 2 – изоляция пальца от траверсы, 3 – стопорный болт, 4 – обойма щеткодержателя, 5 – щетка, 6 – пружина, 7 – нажимные пластины, 8 – канатик щетки, 9 – хомутик. Рисунок 9 – Щеточный механизм машины постоянного тока

В промышленности чаще всего используют электрографитированные щетки (серия ЭГ). Например, для тяговых двигателей (двигатели с последовательной обмоткой возбуждения) используют щетки ЭГ-61, для двигателей прокатных станов - ЭГ-7 или ЭГ-14 для двигателей главных приводов станков - ЭГ-84. Щеточный механизм показан на рис. 9. Подшипниковые щиты (поз. 2 и 9 на рис. 5) электрической машины служат, как соединительные детали между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах. Различают обыкновенные и фланцевые подшипниковые щиты.

Подшипниковые щиты изготовляют из стали (реже из чугуна или алюминиевых сплавов) методом литья, а также сварки или штамповки. В центре щита делается расточка под подшипник качения (шариковый или роликовый). Для машин большой мощности иногда используют подшипники скольжения. Кроме того, в мощных машинах подшипники скольжения часто соединены со щитами, тогда эти щиты имеют только защитную функцию.

2) Схемы включения обмоток возбуждения главных полюсов.

По схеме включения обмоток возбуждения двигатели постоянного тока делятся на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения, рис. 10.

В двигателях независимого возбуждения обмотка главных полюсов питается от отдельного источника постоянного тока (рис. 10, а). В двигателях параллельного возбуждения обмотка возбуждения и обмотка якоря включены параллельно и питаются от одного источника (рис. 10,б). В двигателях последовательного возбуждения обмотка включена последовательно с обмоткой якоря (рис. 10, в). В двигателях смешанного возбуждения основная обмотка включена параллельно, а вспомогательная - последовательно с обмоткой якоря (рис. 10, г).

а)

б)

в)

г)

Рисунок 10 – Схемы включения обмоток возбуждения

машин постоянного тока

Частота вращения двигателей постоянного тока, об/мин:

,

где U_a, В – напряжение, которое подводят к двигателю постоянного тока;

Ф, Вб – магнитный поток главных полюсов;

І_а, А – ток якоря;

R_а.к, Ом – суммарное сопротивление обмоток главной цепи (якоря);

С_Е – машинная постоянная:

,

где р – число пар главных полюсов двигателя;

а – количество пар параллельных ветвей обмотки якоря двигателя;

N_а – количество проводников обмотки якоря.

Наибольшее применение находят двигатели параллельного и смешанного возбуждения. Независимое возбуждение используется для самых больших двигателей, которые, например, устанавливают для привода технологического оборудования в черной металлургии, для шахтных подъемников, больших металлорежущих станков.

Двигатели с последовательным возбуждением обычно используют для приводов электротяги (трамвай, троллейбус, метро, железная дорога).

В двигателях малой мощности поток возбуждения, главный поток машины, может быть создан с помощью постоянных магнитов.

Дата добавления: 2015-07-15