Машины постоянного тока
Устройство и принцип действия машины постоянного тока
Области применения машин постоянного тока
Электрические машины постоянного тока широко применяются в качестве двигателей и несколько меньше – в качестве генераторов, так как двигатели постоянного ока допускают плавное регулирование частоты вращения простыми и обладают лучшими пусковыми качествами – развивают большой пусковой момент при относительно небольшом токе. Поэтому их широко используют в качестве тяговых двигателей на электротранспорте. Кроме того, они являются исполнительными звеньями систем автоматического регулирования. Машины постоянного тока входят в состав автомобильного, судового и самолетного электрооборудования, дорожно-строительных машин.
Существенным недостатком машин постоянного тока является искрение щеток при определенных неблагоприятных условиях работы в щеточно-коллекторном узле.
Устройство электрической машины постоянного тока
Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – называемой статором, и вращающейся – называемой якорем. Эти части разделены воздушным зазором.
Статор машины состоит из станины, на внутренней поверхности которой расположены главные полюса. Станина служит основанием для крепления всех частей машины, а также является элементом магнитной цепи. Станины машин постоянного тока изготавливают из стали или чугуна.
Рис. 2.1 Устройство электрической машины постоянного тока:
/—коллектор; 2 - щетки; 3 - сердечник якоря; 4 - сердечник главного полюса;
5 - полюсная катушка; 6 - станина; 7 - подшипниковый щит; 8 - вентилятор;
9 - обмотка якоря.
Главные (основные) полюса машины состоят из: сердечников из штампованной стали и катушек возбуждения из медного изолированного провода. Полюсы крепят к внутренней поверхности станины болтами. Катушки всех главных полюсов электрически соединяются, образуя обмотку возбуждения, и предназначаются для возбуждения главного магнитного потока.
Рис. 2.2 Лист сердечника якоря
Соединение катушек производится таким образом, чтобы при прохождении тока полярности полюсов чередовались. Наряду с основными полюсами меньше по размеру располагается дополнительная обмотка возбуждения, которая служит для уменьшения искрения на щетках (улучшение коммутации).
У машин средней и большой мощности располагается в полюсных наконечниках компенсационная обмотка, которая нужна для компенсации поперечной реакции якоря.
Якорь – часть машины, в обмотке которой при вращении ее, относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника, обмотки якоря, уложенной в его пазах, коллектора насаженного на вал якоря. Сердечник якоря, набирается из листов электротехнической стали (рис. 2.3, а) толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком.
Рис. 2.3
У машин малой мощности пазы делают полузакрытыми, а в машинах средней и большой мощности – открытыми. Часто пазы якоря делают со скосом, что уменьшает вибрацию и шум в процессе работы машины.
В пазы сердечника якоря уложена обмотка якоря (рис. 2.3, б), обычно состоящая из отдельных секций, выполненных из медного изолированного провода.
Основные виды якорной обмотки – это петлевая и волновая
 |  | ||
Простая петлевая Простая волновая
Концы секций припаивают в пазах и укрепляют с помощью гетинаксовых или деревянных клиньев. Особенностью обмотки якоря является то, что она барабанного типа. Для отвода тока от коллектора служат щетки, установленные в щеткодержателях (рис. 2.4). Щетку 1 к коллектору прижимает пружина 2. Щеткодержатели надеваются на щеткодержательную траверсу (отверстие 3), от которой они электрически изолируются.
Рис. 2.4
Коллектор (рис. 2.5) состоит из коллекторных пластин 2, изготовленных из холоднокатанной меди клинообразующего профиля (поперечного сечения), основания коллектора – втулки 5, нажимной шайбы 3, гайки 6 и изоляционных пластин – миканита 1,4.
Для присоединения секции обмотки якоря к коллектору у пластин со стороны сердечника делают выступы, называемые «петушками».
Рис. 2.5 Устройство коллектора
Помимо указанных частей, машина имеет два подшипниковых щита: передний (со стороны коллектора) и задний (с противоположной стороны). В машинах малой и средней мощности, а также в тихоходных и малошумных машинах используются подшипники скольжения.
Для присоединения обмоток машины к электрической сети машины, снабжена коробкой выводов – клеммной платой.
Принцип действия МПТ
В режиме двигателя: при подаче на обмотку возбуждения U, по ней потечет Iвозб и в двигателе создается основное магнитное поле. Якорная обмотка также подключается к Uсети и по ней течет ток якоря.
По з. Ампера на проводник с током находящийся во внешнем магнитном поле действует сила Ампера. В результате этого создается вращающий момент и якорь двигателя поворачивается на какой то угол. В это время щетки перескакивают на соседние коллекторные пластины.
Этот процесс называется коммутацией. Таким образом в обмотке якоря потечет переменный ток, а коммутатор выполняет инвертора. Постоянный ток преобразует в переменный.
В режиме генератора: якорь вращается внешним двигателем и по закону электромагнитной индукции в обмотке якоря наводится ЭДС, но эта ЭДС будет переменной. Коллектор в данном случае выполняет роль выпрямителя.