Устройство коллекторной машины. Конструкция статора и якоря. Назначение конструктивных узлов статора и ротора. Материалы конструктивных узлов статора и ротора.

Устройство коллекторной машины. Конструкция статора и якоря. Назначение конструктивных узлов статора и ротора. Материалы конструктивных узлов статора и ротора.

Коллекторная машина состоит из подвижной и неподвижной части, ротора и статора. Статор состоит из станины и главных полюсов. Ста­нина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов. Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали. Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Лис­ты покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конст­рукция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). Коллектор 1 является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе.

Обмотки якоря МПТ. Основные понятия. Принцип выполнения обмоток якоря. Типы обмоток - простые и сложные петлевые и волновые.

Обмотка якоря - замкнутая система проводников, уложенных на сердечнике якоря и присоединённых к коллектору. Элементом обмотки является секция (катушка), присоед. к двум коллекторным пластинам.

В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. За один обход якоря укладывают все секции обмотки, в конце концов конец обмотки замыкается с началом.

Сложная петлевая обмотка - такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединённых к одному коллектору. Имеет большое число параллельных ветвей. Число их - 2a=2pm, где m - число простых петлевых обмоток.

Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, наход. под разными парами полюсов. Концы секций присоединены к коллекторным пластинам, удалённым друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору yк=y. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколько пар полюсов имеет машина.

Сложная волновая обмотка. Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре. Число параллельных ветвей - 2а=2m (обычно 2а=4, m=2).

4. Параллельные ветви обмотки якоря. Условия симметрии обмотки якоря. Уравнительные соединения. Уравнители первого и второго рода. Комбинированная обмотка. Параллельные ветви - четыре участка обмотки якоря (соединённые параллельно), по которым проходит ток. Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединённых секций с одинаковым направлением в них тока.

Условия симметрии обмотки якоря - если её параллельные ветви обладают одинаковыми электриескими свойствами (имеют одинаковые электрические сопротивления и в них индуцируются одинаковые ЭДС). Условия. 1) Каждая пара параллельных ветвей обмотки должна состоятьиз одинакового числа секций. 2) Секции каждой пары парал. ветвей должны занимать в якоре одинаковое число пазов. 3) Каждая пара парал. ветвей обмотки должна занимать одинаковое положение относительно системы главных полюсов. Уравнительные соединения. Даже при соблюдении всех условий симметрии обмоток ЭДС парал. ветвей обмотки якоря в многополюсных машинах могут оказаться неодинаковыми. Причина - магнитная не симметрия, происходящая из-за дефектов, возн. при изготовлении машины: некачественная сборка полюсов, неправильная центровка якоря, т.е. перекос, отчего воздушный зазор между полюсами становится неодинаковым. Эти дефекты вызывают перегрев обмотки, увеличение потерь и т.д. Для частичного устранения этих проблем (в простых петлевых обмотках) поступают так: точки обмотки якоря, потенциалы которых должны быть одинаковыми, электрически соединяют между собой. В этом случае возникающие в обмотке уравнительные токи замыкаются внутри обмотки без выхода на щётки. Такие соединения называют уравнительными соединениями первого рода. Уравнительные соединения второго рода. В сложных петлевых и волновых обмотках простые обмотки, образующие сложную, соединены параллельно через щёточный контакт. Но обеспечить одинаковый контакт щёток со всеми простыми обмотками практически невозможно. Вследствие этого может появиться искрение (из-за неравномерного распределения потенциала по коллектору). Для устранения этого нежелательного явления применяют уравнители второго рода, с помощью которых простые обмотки, входящие в состав сложной, электрически соединяют между собой в точках равного потенциала. Комбинированная обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, расположенных в одних пазах и присоединённых к общему коллектору. Достоинство -большое число параллельных ветвей при отсутствии уравнительных соединений. Обычно используется в машинах ПТ большой мощности, а также в быстроходных машинах.

5. ЭДС и электромагнитный момент машины ПТ. Выбор типа обмотки. Способы возбуждения машин ПТ. ЭДС индуцируется в обмотке якоря основным магнитным потоком. Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции. Наибольшее значение ЭДС соотв. полному шагу, т.к. в этом случае с каждой секцией обмотки сцепляется весь основной магн. поток. На величину ЭДС о. я. влияет положение щёток: при их нахождении на геометрической нейтрали ЭДС наибольшая, уменьшается, если щётки сместить с нейтрали. ЭМ момент. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока Ia на каждом из проводников появляется ЭМ сила Fэм=BliIa. Совокупность всех электромагнитных сил на якоре, действующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря, создаёт на якоре электромагнитный момент. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбужде­нием и с самовозбуждением. При независимом возбуждении обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление r_р. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя. При смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения — параллельная и последователь­ная.

Применение в машине постоянного тока того или иного типа обмотки якоря определяется технико-экономическими требовани­ями. Выбранный тип обмотки должен обеспечивать в машине необ­ходимую ЭДС при заданном токе. При этом следует стремиться к минимальному числу уравнительных соединений. Требования эко­номического характера при выборе типа обмотки сводятся к воз­можно лучшему использованию пазов сердечника якоря, что опреде­ляется значением коэффициента заполнения паза медью. при выборе типа обмотки следует отдавать пред­почтение обмоткам якоря с минимальным числом параллельных ветвей, например, простой волновой обмотке с 2а = 2, которая к тому же не требует уравнительных соединений.

7. Коммутация в машинах постоянного тока. Причины, вызывающие искрение на коллекторе. Сущность процесс коммутации, виды коммутации. Способы улучшения коммутации. Коммутация машин постоянного тока, т. е. изменение направления тока в секциях обмотки якоря при переходе секций от одного полюсного деления к другому, происходит при кратковременном замыкании их щетками на пластинах коллектора. При коммутации в короткозамкнутых секциях возникают реактивная ЭДС и ЭДС вращения, наводимая потоком реакции якоря, магнитные силовые линии которого пронизывают замкнутые при коммутации секции. При движении коллектора в момент отхода пластины коллектора от замыкающей данную секцию щетки происходит разрыв цепи (замкнутой секции), имеющей индуктивное сопротивление, и возникает искрение между сбегающим краем щетки и коллекторной пластиной. При неудовлетворительной коммутации искрение может быть значительным и может привести к местному повреждению коллектора, что в свою очередь ухудшает переходный контакт щетка—коллектор и усиливает искрение. Качество коммутации машины постоянного тока оценивается по интенсивности искрения на коллекторе. Для улучшения коммутации во всех машинах постоянного тока, кроме машин малой мощности, устанавливают добавочные полюсы, МДС которых компенсирует МДС реакции якоря по поперечной оси машины, т. е. в зоне расположения коммутируемых секций. Кроме того, поток, создаваемый обмоткой добавочных полюсов, наводит в замкнутых при коммутации секциях ЭДС, несколько превышающую реактивную ЭДС секций и направленную ей навстречу. Коммутация машины при этих условиях становится прямолинейной или даже ускоренной. Напряжение под сбегающим краем щеток уменьшается до весьма малых значений и искрение под щетками становится не опасным для работы машины.

Вопрос 8. Генераторы постоянного тока. Основные понятия. Параметры и характеристики. Уравнения равновесия ЭДС и моментов генератора. В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Еа [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора: U = Еа - Ia∑r. Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М\. Если генератор работает в режиме холостого хода (7а = 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода М0. Этот момент обусловлен тормозными противодействующими моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме холостого хода: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре. При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток /а, который, взаимодействуя с магнитным потоком возбуждения Ф, создаёт на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вращающему моменту М₁ приводного двигателя ПД, т.е. он является нагрузочным (тормозящим). Уравнение мощностей для генераторов пост. тока: Р₁=Р₂+Р₀+Р_эа+Р_эв. Следовательно, мех. мощность, развиваемая приводным двигателем Р₁, преобразуется в генераторе в полезную Р₂, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р₀+Р_эа+Р_эв). Основные характеристики ГПТ: Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме холостого хода U₀ от тока возбуж­дения I_в:U₀ = f(Iв) при I = 0 и n = const..Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбуждения I_в: U = f(Iв) при I ≠ 0 и n = const.Внешняя характеристика g- зависимость напряжения на вы­ходе генератора U от тока нагрузки I.U = f(I) при г_рr = const и n = const, где г_рг — регулировочное сопр. в цепи обмотки возбужде­ния.Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения I_В от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора: Iв=f(I) при U = const и n = const.

Устройство коллекторной машины. Конструкция статора и якоря. Назначение конструктивных узлов статора и ротора. Материалы конструктивных узлов статора и ротора.

Коллекторная машина состоит из подвижной и неподвижной части, ротора и статора. Статор состоит из станины и главных полюсов. Ста­нина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — ма­териала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов. Обычно станину делают цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали. Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штам­пованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Лис­ты покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конст­рукция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Обмотку выполняют медным проводом круглого или пря­моугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). Коллектор 1 является одним из сложных узлов машины постоянного тока. Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, соб­ранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндриче­скую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе.

Обмотки якоря МПТ. Основные понятия. Принцип выполнения обмоток якоря. Типы обмоток - простые и сложные петлевые и волновые.

Обмотка якоря - замкнутая система проводников, уложенных на сердечнике якоря и присоединённых к коллектору. Элементом обмотки является секция (катушка), присоед. к двум коллекторным пластинам.

В простой петлевой обмотке якоря каждая секция присоединена к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. За один обход якоря укладывают все секции обмотки, в конце концов конец обмотки замыкается с началом.

Сложная петлевая обмотка - такая обмотка представляет собой несколько (обычно две) простых петлевых обмоток, уложенных на одном якоре и присоединённых к одному коллектору. Имеет большое число параллельных ветвей. Число их - 2a=2pm, где m - число простых петлевых обмоток.

Простую волновую обмотку получают при последовательном соединении секций, наход. под разными парами полюсов. Концы секций присоединены к коллекторным пластинам, удалённым друг от друга на расстояние шага обмотки по коллектору yк=y. За один обход по якорю укладывают столько секций, сколько пар полюсов имеет машина.

Сложная волновая обмотка. Несколько простых волновых обмоток (обычно две), уложенных на одном якоре. Число параллельных ветвей - 2а=2m (обычно 2а=4, m=2).

4. Параллельные ветви обмотки якоря. Условия симметрии обмотки якоря. Уравнительные соединения. Уравнители первого и второго рода. Комбинированная обмотка. Параллельные ветви - четыре участка обмотки якоря (соединённые параллельно), по которым проходит ток. Каждая параллельная ветвь содержит несколько последовательно соединённых секций с одинаковым направлением в них тока.

Условия симметрии обмотки якоря - если её параллельные ветви обладают одинаковыми электриескими свойствами (имеют одинаковые электрические сопротивления и в них индуцируются одинаковые ЭДС). Условия. 1) Каждая пара параллельных ветвей обмотки должна состоятьиз одинакового числа секций. 2) Секции каждой пары парал. ветвей должны занимать в якоре одинаковое число пазов. 3) Каждая пара парал. ветвей обмотки должна занимать одинаковое положение относительно системы главных полюсов. Уравнительные соединения. Даже при соблюдении всех условий симметрии обмоток ЭДС парал. ветвей обмотки якоря в многополюсных машинах могут оказаться неодинаковыми. Причина - магнитная не симметрия, происходящая из-за дефектов, возн. при изготовлении машины: некачественная сборка полюсов, неправильная центровка якоря, т.е. перекос, отчего воздушный зазор между полюсами становится неодинаковым. Эти дефекты вызывают перегрев обмотки, увеличение потерь и т.д. Для частичного устранения этих проблем (в простых петлевых обмотках) поступают так: точки обмотки якоря, потенциалы которых должны быть одинаковыми, электрически соединяют между собой. В этом случае возникающие в обмотке уравнительные токи замыкаются внутри обмотки без выхода на щётки. Такие соединения называют уравнительными соединениями первого рода. Уравнительные соединения второго рода. В сложных петлевых и волновых обмотках простые обмотки, образующие сложную, соединены параллельно через щёточный контакт. Но обеспечить одинаковый контакт щёток со всеми простыми обмотками практически невозможно. Вследствие этого может появиться искрение (из-за неравномерного распределения потенциала по коллектору). Для устранения этого нежелательного явления применяют уравнители второго рода, с помощью которых простые обмотки, входящие в состав сложной, электрически соединяют между собой в точках равного потенциала. Комбинированная обмотка представляет собой сочетание петлевой и волновой обмоток, расположенных в одних пазах и присоединённых к общему коллектору. Достоинство -большое число параллельных ветвей при отсутствии уравнительных соединений. Обычно используется в машинах ПТ большой мощности, а также в быстроходных машинах.

5. ЭДС и электромагнитный момент машины ПТ. Выбор типа обмотки. Способы возбуждения машин ПТ. ЭДС индуцируется в обмотке якоря основным магнитным потоком. Значение ЭДС обмотки якоря зависит от ширины секции. Наибольшее значение ЭДС соотв. полному шагу, т.к. в этом случае с каждой секцией обмотки сцепляется весь основной магн. поток. На величину ЭДС о. я. влияет положение щёток: при их нахождении на геометрической нейтрали ЭДС наибольшая, уменьшается, если щётки сместить с нейтрали. ЭМ момент. При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока Ia на каждом из проводников появляется ЭМ сила Fэм=BliIa. Совокупность всех электромагнитных сил на якоре, действующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря, создаёт на якоре электромагнитный момент. В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока могут быть с независимым возбужде­нием и с самовозбуждением. При независимом возбуждении обмотка возбуж­дения включается в сеть вспомогательного источника энергии по­стоянного тока. Для регулирования тока возбуждения Iв в цепи обмотки включено сопротивление r_р. При таком возбуждении ток Iв не зависит от тока в якоре Iя. При смешанном возбуждении на полюсах генератора помеща­ются две обмотки возбуждения — параллельная и последователь­ная.

Применение в машине постоянного тока того или иного типа обмотки якоря определяется технико-экономическими требовани­ями. Выбранный тип обмотки должен обеспечивать в машине необ­ходимую ЭДС при заданном токе. При этом следует стремиться к минимальному числу уравнительных соединений. Требования эко­номического характера при выборе типа обмотки сводятся к воз­можно лучшему использованию пазов сердечника якоря, что опреде­ляется значением коэффициента заполнения паза медью. при выборе типа обмотки следует отдавать пред­почтение обмоткам якоря с минимальным числом параллельных ветвей, например, простой волновой обмотке с 2а = 2, которая к тому же не требует уравнительных соединений.

7. Коммутация в машинах постоянного тока. Причины, вызывающие искрение на коллекторе. Сущность процесс коммутации, виды коммутации. Способы улучшения коммутации. Коммутация машин постоянного тока, т. е. изменение направления тока в секциях обмотки якоря при переходе секций от одного полюсного деления к другому, происходит при кратковременном замыкании их щетками на пластинах коллектора. При коммутации в короткозамкнутых секциях возникают реактивная ЭДС и ЭДС вращения, наводимая потоком реакции якоря, магнитные силовые линии которого пронизывают замкнутые при коммутации секции. При движении коллектора в момент отхода пластины коллектора от замыкающей данную секцию щетки происходит разрыв цепи (замкнутой секции), имеющей индуктивное сопротивление, и возникает искрение между сбегающим краем щетки и коллекторной пластиной. При неудовлетворительной коммутации искрение может быть значительным и может привести к местному повреждению коллектора, что в свою очередь ухудшает переходный контакт щетка—коллектор и усиливает искрение. Качество коммутации машины постоянного тока оценивается по интенсивности искрения на коллекторе. Для улучшения коммутации во всех машинах постоянного тока, кроме машин малой мощности, устанавливают добавочные полюсы, МДС которых компенсирует МДС реакции якоря по поперечной оси машины, т. е. в зоне расположения коммутируемых секций. Кроме того, поток, создаваемый обмоткой добавочных полюсов, наводит в замкнутых при коммутации секциях ЭДС, несколько превышающую реактивную ЭДС секций и направленную ей навстречу. Коммутация машины при этих условиях становится прямолинейной или даже ускоренной. Напряжение под сбегающим краем щеток уменьшается до весьма малых значений и искрение под щетками становится не опасным для работы машины.

Вопрос 8. Генераторы постоянного тока. Основные понятия. Параметры и характеристики. Уравнения равновесия ЭДС и моментов генератора. В процессе работы генератора постоянного тока в обмотке якоря индуцируется ЭДС Еа [см. (25.20)]. При подключении к генератору нагрузки в цепи якоря возникает ток, а на выводах генератора устанавливается напряжение, определяемое уравнением напряжений для цепи якоря генератора: U = Еа - Ia∑r. Якорь генератора приводится во вращение приводным двигателем, который создает на валу генератора вращающий момент М\. Если генератор работает в режиме холостого хода (7а = 0), то для вращения его якоря нужен сравнительно небольшой момент холостого хода М0. Этот момент обусловлен тормозными противодействующими моментами, возникающими в генераторе при его работе в режиме холостого хода: моментами от сил трения и вихревых токов в якоре. При работе нагруженного генератора в проводах обмотки якоря появляется ток /а, который, взаимодействуя с магнитным потоком возбуждения Ф, создаёт на якоре электромагнитный момент М. В генераторе этот момент направлен встречно вращающему моменту М₁ приводного двигателя ПД, т.е. он является нагрузочным (тормозящим). Уравнение мощностей для генераторов пост. тока: Р₁=Р₂+Р₀+Р_эа+Р_эв. Следовательно, мех. мощность, развиваемая приводным двигателем Р₁, преобразуется в генераторе в полезную Р₂, передаваемую нагрузке, и мощность, затрачиваемую на покрытие потерь (Р₀+Р_эа+Р_эв). Основные характеристики ГПТ: Характеристика холостого хода — зависимость напряжения на выходе генератора в режиме холостого хода U₀ от тока возбуж­дения I_в:U₀ = f(Iв) при I = 0 и n = const..Нагрузочная характеристика — зависимость напряжения на выходе генератора U при работе с нагрузкой от тока возбуждения I_в: U = f(Iв) при I ≠ 0 и n = const.Внешняя характеристика g- зависимость напряжения на вы­ходе генератора U от тока нагрузки I.U = f(I) при г_рr = const и n = const, где г_рг — регулировочное сопр. в цепи обмотки возбужде­ния.Регулировочная характеристика — зависимость тока возбуж­дения I_В от тока нагрузки I при неизменном напряжении на выходе генератора: Iв=f(I) при U = const и n = const.