ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Электрические машины постоянного тока – машины обратимые, т.е. им присущ принцип обратимости, смысл которого заключается в том, что любая из этих машин может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. В основе принципа их действия лежит явление электромагнитной индукции и явление возникновения электромагнитных сил, действующих на проводники с током, помещенные в магнитное поле.
Генераторы постоянного тока представляют собой обычные индукционные генераторы, снабженные особым приспособлением — так называемым коллектором,— дающим возможность превратить переменное напряжение на зажимах (щетках) машины в постоянное.
Схема генератора постоянного тока: 1 — полукольца коллектора, 2 — вращающийся якорь (рамка), 3 — щетки для съема индукционного тока
Принцип устройства коллектора ясен из рис. 329, на котором изображена схема простейшей модели генератора постоянного тока с коллектором. Эта модель отличается от рассмотренной выше модели генератора переменного тока лишь тем, что здесь концы якоря (обмотки) соединены не с отдельными кольцами, а с двумя полукольцами 1, разделенными изолирующим материалом и надетыми на общий цилиндр, который вращается на одной оси с рамкой 2. К вращающимся полукольцам прижимаются пружинящие контакты (щетки) 3, с помощью которых индукционный ток отводится во внешнюю сеть. При каждом полуобороте рамки концы ее, припаянные к полукольцам, переходят с одной щетки на другую. Но направление индукционного тока в рамке тоже меняется при каждом полуобороте рамки. Поэтому, если переключения в коллекторе происходят в те же моменты времени, когда меняется направление тока в рамке, то одна из щеток всегда будет являться положительным полюсом генератора, а другая — отрицательным, т. е. во внешней цепи будет идти ток, не меняющий своего направления. Можно сказать, что с помощью коллектора мы производим выпрямление переменного тока, индуцируемого в якоре машины.
Устройство и основные элементы конструкции
Машины постоянного тока — генераторы и двигатели — находят себе широкое применение в современных электроустановках. Они выполняются с неподвижными полюсами и вращающимся якорем. На рис. 5-1 представлен схематически разрез четырех-полюсной машины. Здесь же приведены названия ее основных частей.
Рис. 5-1. Основные части машины постоянного тока.
Характерной частью машин постоянного тока является коллектор. Он состоит из медных пластин, разделенных изоляционными прослойками и собранных в виде цилиндра (рис. 5-2,а).
Рис. 5-2. Коллектор (а),и лист якоря (б).
Якорь машины постоянного тока при его вращении перемагничивается, поэтому он собирается из листов электротехнической стали обычно толщиной 0,5 мм (рис. 5-2,б). Листы перед сборкой покрываются с обеих сторон лаком; таким образом, предотвращается образование в стали якоря больших вихревых токов. На внешней поверхности якоря после сборки ли-
стов получаются пазы и зубцы. В пазы закладываются проводники обмотки якоря, которые по особым правилам соединяются между собой и с коллекторными пластинами.
На рис. 5-3 показаны пазы якоря. Они обычно делаются открытыми, что в большой степени облегчает укладку обмотки и позволяет хорошо ее изолировать. Для небольших машин делаются полузакрытые пазы, так же как для статоров асинхронных машин. У машин небольшой и средней мощности якорь помещается непосредственно на валу, для больших машин— на втулке, выполняемой в виде крестовины. Главные полюсы служат для создания основного поля в машине. Они имеют сердечники, на которых помещается обмотка возбуждения, и полюсные наконечники. Последние удерживают катушки возбуждения и способствуют наиболее благоприятному распределению индукции в воздушном зазоре машины вдоль окружности якоря. Полюсы в современных машинах собираются из стальных листов толщиной 0,5—1 мм для уменьшения потерь от вихревых токов в поверхностном слое полюсных наконечников, обращенном к якорю. Вихревые токи возникают вследствие пульсации индукции, вызванной зубчатостью якоря: под отдельными частями полюсного наконечника проходит то зубец, то паз якоря, что вызывает в этих частях то сгущение, то разрежение магнитных линий. Пульсации индукции проникают в сравнительно неглубокий слой, поэтому можно было бы делать слоистыми только полюсные наконечники. Однако технологически обычно выгоднее весь полюс собирать из листов.
Рис. 5-3. Пазы якоря.
Ярмо статора или станина для современных машин большой и средней
мощности выполняется из прокатанной листовой стали, согнутой в цилиндр и сваренной по шву, или из литой стали; для машин небольшой мощности — из цельнотянутой стальной трубы. Дополнительные полюсы выполняются обычно из кованой стали или собираются из листов. Они, так же как главные полюсы, прикрепляются к станине при помощи болтов.
На коллектор опираются угольные, графитные или металлографитные щетки, помещенные в щеткодержате- лях. При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение по отношению к полюсам машины. Щетка 2 (рис. 5-6), помещенная в обойме щеткодержателя, прижимается пружиной к коллектору. Щеткодержатели укрепляются на щеточных болтах, которые в сзою очередь укрепляются на траверсе (рис. 5-4,г)
Рис. 5-4. Машина постоянного тока в разобранном виде. а — станина; б — якорь; в — подшипниковые щиты, г — траверса со щеткодержателями; д — коробка, прикрывающая зажимы.
Рис. 5-5. Конструкция коллектора.
Рис. 5-6. Щетка и щеткодержатель со шеткой. 1 — отверстие для щеточного болта; 2 — щетка; 3 — пружина.
Траверса связывается либо с подшипниковым щитом, либо со станиной; ее можно поворачивать и тем самым изменять положение всей системы щеток по отношению к полюсам машины.
Ответить на вопросы в письменном виде:
1. Что применяют для уменьшения потерь от вихревых токов у машин постоянного тока?
2. Для чего предназначены щетка и щеткодержательный механизм?
Зарисовать основные части машины постоянного тока