Тема 3.3.1 Назначение и классификация машин постоянного тока, их строение, принцип действия. Реакция якоря. Коммутация тока.
Машины постоянного тока – все, что нужно знать об этих устройствах
Электродвигатель постоянного тока
Несмотря на то, что переменный ток активно применяется человеком в быту и на различных производствах, машины постоянного тока, несмотря на некоторую ограниченность, до сих пор активно применяются в различных сферах деятельности человека. Суть работы данных агрегатов одна – преобразование механической энергии в электрическую, и наоборот.
Особенности двигателей постоянного тока
Постоянного тока машина промышленная
У двигателей постоянного тока есть одно неоспоримое преимущество перед аналогами, работающими на переменном токе. Эти агрегаты могут плавно и точно регулировать свою скорость вращения, у них высокое быстродействие, а также они обладают большими перегрузочными и пусковыми моментами.
Сегодня их используют в основном в следующих отраслях:
· В металлорежущих станках, роботах, манипуляторах, грузоподъемных механизмах, прокатных станках (электроприводы подач и главного движения);
· В тяговых приводах мощных транспортных средств, таких как: тягачи, троллейбусы, трамваи, электровозы;
Машина постоянного тока – двигатель троллейбуса
· В мощных снегоочистителях;
· В качестве исполнительных элементов автоматизированных систем управления и прочее.
Как устроены машины, работающие на постоянном токе
Электрические машины постоянного тока являются обратимыми устройствами, то есть они при определенном подключении могут использоваться либо как двигатель, либо как генератор тока.
Устройство машин постоянного тока – генератор в разрезе
На картинке выше показано классическое строение такой машины:
1. 
Коллектор – металлический скользящий контакт, через который ротор коммутируется с внешними электрическими цепями;
2. Щетки (обычно графитовые или медно-графитовые) – ответная часть скользящего контакта, которая постоянно трется о коллектор при вращении ротора;
Коммутация в машинах постоянного тока
1. Ротор (якорь)- подвижная часть агрегата. При его вращении запускается процесс электромагнитной индукции.
2. Главные полюса;
3. Катушка обмотки возбуждения;
Совет! Пункты 4 и 5 являются частями статора – неподвижной электрической части машины, которая может выступать в роли мощного электромагнита (режим двигателя) или обмотки индуктирующей напряжение (генераторный режим).
1. Станина – корпус агрегата;
2. Боковая крышка, которая закрывает крыльчатку охлаждения и является держателем подшипников качения, на которых вращается ротор;
3. Вентилятор – призван охлаждать машину во время ее работы.
Интересно знать! Никакой двигатель не может преобразовывать энергию без потерь – ее часть всегда уходит в тепло.
Коллекторные машины постоянного тока
1. Лобовые части обмотки статора.
Помимо этого конструкция имеет центральный вал вращения, который почему-то на схеме не отмечен, и иногда лапы – петли, через которые агрегат можно закрепить к столу, например.
Устройство и принцип действия машин постоянного тока — статор
· Итак, основными рабочими частями машин постоянного тока являются ротор, который тут чаще называют якорем, и статор. Данную часть конструкции называют внутренней электрической. Существует также и внешняя электрическая часть, с помощью которой осуществляется управление двигателем, а также подключаются внешние электрические сети.
Устройство машины постоянного тока – якорь располагается на валу
Остальные элементы относятся к механической части.
· Станина машины постоянного тока делается из прочного металла – обычно это конструкционная сталь.
· К внутренней части станины крепятся главные и добавочные полюса статора. Сердечники главных полюсов набираются из стальных пластин. Для добавочных полюсов они идут в основном массивные.
· Обмотка возбуждения находится на главных полюсах – их МДС формируют рабочий поток. Обмотки добавочных полюсов обеспечивают нормальную коммутацию.
Коммутация тока в машинах постоянного тока
· Роторный магнитопровод шихтуется из специальной электромагнитной стали.
Сам якорь имеет следующее строение:
Устройство и принцип действия машины постоянного тока: якорь в разрезе
· Якорь имеет сердечник. Который, как уже было сказано, набирается из стальных пластин толщиной 0,35-0,5 мм. Пластины изолированы друг от друга тонким слоем лака или оксидной пленки, чтобы потери от вихревых токов были минимальными.
· Снаружи сердечник имеет пазы, показанные в увеличенном виде на схеме выше. В эти пазы укладывается обмотка якоря, сделанная из специальной медной обмоточной проволоки, покрытой слоем изолирующего лака.
· Проволока может быть круглого или прямоугольного сечения.
· Обмотка внутри паза надежно крепится при помощи бандажей или клиньев из стальной проволоки.
· Лобовая обмотка, выступающая за торцы сердечника, якоря крепится только бандажами.
· Вся обмотка разбита на отдельные, изолированные друг от друга секции. Каждая из них соединяется в определенной последовательности с медными пластинами коллектора, к которым, так мы помним, за счет пружин прижимаются щетки.
Интересно знать! Контакт коллектора и щеток устроен таким образом, чтобы концы одной обмотки никогда не могли коротко замкнуться.
На этом фото хорошо видно, как к пластинам коллектора подходят концы проводов обмотки
· Вообще коллектор довольно простая, но многофункциональная деталь таких машин, предназначенная для выпрямления тока.
· Состоит он из коллекторных пластин, называемых также ламелями.
· Пластины изолированы друг от друга и элементов крепления манжетами и специальными прокладками.
· С торцов пластины стягивают нажимные фланцы.
· Коллектор должен иметь строго цилиндрическую форму, поэтому тщательно обтачивается на специальном оборудовании – таким же образом они могут восстанавливаться после коротких замыканий.