Конструкция машин постоянного тока

Конструкция машин постоянного тока. Ста¬тор машины по¬стоянного тока состоит из станины и прикрепленных к ней главных и дополнительных полюсов.

Станину машин относительно небольшой мощности изготовляют из отрезков цельнотянутых труб, а у более крупных машин выполняют сварной из толстолистового стального проката. Для закрепления ма¬шины на фундаменте или исполнительном механизме к ниж¬ней части станины приваривают лапы, а для возможности транспортировки в станину ввертывают рым-болты. Сердечники главных полюсов собирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Листы спрессовывают в пакет и скрепляют стальными заклепками, число которых принимают не менее четырех.

Крайние листы полюса выполняют из более толстой ста¬ли (4 - 10 мм) во избежание распушения листов. Для того чтобы получить необходимый характер распре¬деления магнитного поля в воздушном зазоре, полюс за¬канчивают полюсным наконечником определенной формы. Воздушный зазор между полюсами и якорем или выполня¬ют одинаковым по всей ширине полюсного наконечника, или под краями наконечника вследствие его скоса делают больше.

Иногда выполняют эксцентричный воздушный за¬зор, при котором центры радиусов якоря и наконечника полюса не совпадают. Зазор при этом постепенно увеличива¬ется от середины к краю полюса. На сердечнике полюса размещают обмотку возбужде¬ния. Обмотку возбуждения изготовляют в виде катушек из медных изолированных проводников круглого или прямоугольного сечения. Катушки изолируют лентой, после пропитки и сушки насаживают на сердечник полюса и закрепляют стальными пружинящими рамками.

Иногда для увеличения поверхности охлаждения катушку делят на две части. Полюс с надетой на него катушкой прикрепляют к станине болтами. Болты ввертывают в полюс, в теле которого предусматривают от¬верстия с резьбой. Для более надежного крепления полюса у крупных машин и машин, работающих в условиях тряс¬ки, болты вворачивают в специальный стержень, встав¬ленный в полюс. Якорь состоит из сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря выполняют из одного или нескольких пакетов, которые собирают из листов, вы¬рубаемых из электротехнической стали.

После штамповки листы лакируют. При длине сердечника менее 25 см его изготовляют из одного пакета (рис. 3), а при большей дли¬не - из нескольких. Между пакетами с помощью специальных распорок образуются вентиляционные кана¬лы, предназначенные для лучшего охлаждения якоря. В листах якоря вырубают пазы, в которые укладывают об¬мотку якоря. Собранный сердечник якоря спрессовывают между двумя нажимными шайбами и закрепляют на валу втулкой либо пружинным разрезным кольцом.

Рис. 3. Якорь машины постоянного тока: 1 - сердечник (состоит из одного пакета); 2 - банда¬жи; 3 – коллектор Укладка обмотки в пазы обеспечивает надежное ее за¬крепление на вращающемся якоре и уменьшает воздушный зазор. Форму пазов выбирают овальной полузакрытой для машин небольшой мощности и прямоугольной открытой для машин средней и большой мощности. Между стенками паза и проводниками обмотки укладывают изоля¬цию (пазовая изоляция). Обмотку в пазу закрепляют кли¬ном из стеклотекстолита или бандажами, рас¬полагаемыми в кольцевых канавках сердечника якоря (по¬зиция 13 на рис. 3 и позиция 2 на рис. 3). Вне пазов (в лобовых частях) обмотку закрепляют бандажами из проволоки или стеклоленты.

Станина, сердечники полюса и якоря являются участка¬ми магнитопровода, по которым замыкается магнитный поток, созданный обмотками возбуждения. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока все указан¬ные участки выполняют из стали, имеющей улучшенные маг¬нитные характеристики.

Для уменьшения магнитного сопро¬тивления воздушный зазор между якорем и полюсами ста¬раются брать меньше. Обычно он составляет доли миллиметра у небольших машин и несколько миллиметров у машин большей мощности. При вращении якоря его сер¬дечник будет перемагничиваться, в нем будут индуцироваться переменные (вихревые) токи, которые будут вызы¬вать потери. Для снижения потерь от вихревых токов сер¬дечник, как указывалось, собирают из отдельных листов.

Из-за зубчатого строения якоря поток в зазоре будет пуль¬сировать, в результате чего в полюсном наконечнике также будут наводиться вихревые токи, для уменьшения которых наконечник и весь полюс собирают из отдельных листов. Коллектор состоит из большого числа электрически изолированных друг от друга пластин, которые штампуют из профильной меди. Изоляцию осуществляют тонкими прокладками, вырубленными из миканита (прес¬сованной слюды), которые закладывают между медными пластинами.

Прокладки имеют форму пластин. Набор кол¬лекторных пластин с прокладками должен быть прочно за¬креплен и иметь строго цилиндрическую форму. По способу крепления пластин существует большое многообразие кон¬струкций коллекторов, две из которых показаны на рис. 4. На рис. 4, а коллекторные пластины зажимают между корпусом и нажимным фланцем. Корпус и нажимной фланец выполняют из стали, а для изоляции на них надевают миканитовые манжеты. На рис. 4, б показано креп¬ление пластин с помощью пластмассы.

В настоящее время для машин небольшой и средней мощности наибольшее при¬менение находят коллекторы на пластмассе. Рис. 4. Коллектор машины постоянного тока с металлическим (а) и пластмассовым (б) корпусами: 1 – корпус; 2 - нажимной фланец; 3 - изоляционные манжеты; 4 - коллекторные пластины; 5 – пластмасса; 6 - запирающее кольцо; 7 – бандаж Собранный коллектор насаживают на вал и закрепляют от проворачивания шпонкой. К каждой коллекторной пластине подсоединяют проводники от секций, из которых со¬стоит обмотка якоря.

Для возможности подсоединения про¬водников у коллекторных пластин со стороны, обращенной к якорю, выполняют выступы, называемые петушками, в ко¬торых фрезеруют шлицы. В эти шлицы закладывают и затем запаивают проводники обмоток. По коллектору скользят щетки, которые размещаются в щеткодержателях. Щеткодержатели выпол¬нены с радиальным или наклонным по отношению к поверх¬ности коллектора перемещением щетки. Наиболее распро¬страненными являются щеткодержатели с радиальным перемещением щетки. Наклонные (реактивные) щеткодер¬жатели применяют для машин с односторонним направле¬нием вращения.

Щетки прижимаются к коллектору пружи¬нами. Щеткодержатели закрепляют на цилиндрических или призматических пальцах, которые в свою очередь закрепляют на траверсе. Пальцы выпол¬няют из гетинакса либо из стали, опрессованной пластмас¬сой в месте сочленения с траверсой. Обычно число пальцев выбирают равным числу полюсов. При работе машины может наблюдаться искрение ще¬ток. Для улучшения работы щеточного узла в машинах постоянного тока применяют дополнительные полюсы.

Сер¬дечники дополнительных полюсов выполняют цельными из толстолистовой стали или собранными из листов электротехнической стали толщиной 1 мм. На сер¬дечниках размещают катушки обмотки дополнительных полюсов. Дополнительные полюсы рас¬полагают между главными полюсами и прикрепляют к ста¬нине болтами. Якорь вращается в подшипниках, ко¬торые размещаются в подшипниковых щитах.

В последнее время наметилась тенденция собирать ста¬тор двигателей постоянного тока из отдельных листов элек¬тротехнической стали. Штамп в листе одновременно выру¬бает ярмо, пазы, главные и дополнительные полюсы. Характеристики генератора смешанного возбуждения Параллельная обмотка возбуждения может быть подключена к цепи якоря до последовательной обмотки или после нее. Характеристики гене¬ратора при той и другой схеме будут практически одина¬ковыми, так как последовательная обмотка имеет небольшое сопротивление и падение напряжения в ней будет мало. Увеличение МДС последовательной обмотки из-за протекания по ней тока Iв также ничтожно из-за малого количества ее витков и относительно небольшого тока. Самовозбуждение генератора протекает так же, как и у генератора параллельного возбуждения. Ток якоря Iа=I+ Iв. Наибольшее практическое применение находят генера¬торы с согласным включением обмоток возбуждения.

Наи¬большую долю МДС возбуждения создает параллельная обмотка.

Последовательная обмотка рассчитывается так, чтобы ее МДС несколько превышала МДС размагни¬чивающей составляющей реакции якоря. В этом случае по¬следовательная обмотка не только скомпенсирует размаг¬ничивающую составляющую реакции якоря, но и создаст избыточную МДС, которая будет увеличивать поток воз¬буждения и ЭДС якоря при увеличении тока нагрузки. В результате подмагничивающего действия последователь¬ной обмотки напряжение генератора с ростом тока I будет возрастать.

Уровень повышения напряжения генератора с ростом тока I зависит от числа витков последовательной обмотки. Обмотку можно рассчитать так, чтобы напряжение увеличивалось на зна¬чение, необходимое для компенсации падения напряжения в проводах, идущих от генератора к потребителю. Тогда у потребителя при любых нагрузках напряжение автомати¬чески будет поддерживаться примерно постоянным. При слабой последовательной обмотке внешняя харак¬теристика имеет падающий характер. Отметим, что эффек¬тивность действия последовательной обмотки зависит от насыщения магнитной цепи машины. МДС последователь¬ной обмотки при сильном насыщении будет давать неболь¬шое увеличение потока и ЭДС, поэтому даже при достаточ¬но сильной обмотке или при больших нагрузках напряже¬ние на выводах машины будет уменьшаться с ростом то¬ка I. Характеристику холостого хода генератора смешанного возбуждения снимают так же, как и генератора параллельного возбуждения, и она имеет такой же характер.

Так же как и для генератора параллельного возбуждения, для генератора смешанного возбуждения снимают нагрузочную характеристику U=f(I) при I=const.

В зависимости от соотношения МДС последовательной обмотки возбуждения Fc и размагничивающей составляющей реакции якоря Fqd нагрузочная характеристика может располагаться или вы.