Устройство электрических машин постоянного тока. Обратимость машин.

По назначению электрические машины постоян­ного тока делятся на генераторы и двигатели.

Генераторы вырабатывают электрическую энергию, поступающую в энергосистему; двигатели создают механический вращающий момент на валу, который используется для привода различных механизмов и транспортных средств.

Электрические машины обратимы. Это значит, что одна и та же машина может работать и как генера­тор, и как двигатель. Поэтому можно говорить об устройстве машин постоянного тока, не рассматривая отдельно устройство генератора или двигателя.

Свойство обратимости не следует противопоставлять определенному назначению машины, которая обычно проектируется и используется либо как двигатель, либо как генератор. Значительно реже находят при­менение машины, предназначенные для работы как в генераторном, так и в двигательном режимах. Это так называемые стартер-генераторы, которые устанав­ливаются на некоторых подвижных объектах.

Генератор и двигатель отличаются расчетными и конструктивными особенностями. Поэтому использо­вание двигателя в качестве генератора или генера­тора в качестве двигателя приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик машин, в частности к снижению коэффициента полезного действия.

В любой машине постоянного тока четко выделя­ются подвижная и неподвижная части. Подвижную (вращающуюся) часть машины называют ротором, неподвижную статором.

Часть машины, в которой индуцируется электро­движущая сила, принято называть якорем, а часть машины, в которой создается магнитное поле воз­буждения,— индуктором. Как правило, в машине постоянного тока статор служит индуктором, а ро­тор — якорем.

Статор машины постоянного тока называют также станиной. Станину изготовляют из магнитопроводящего материала (обычно литая сталь); он выпол­няет две функции, являясь, во-первых, магнитопроводом, по которому проходит магнитный поток возбуждения машины, и, во-вторых, основной конструк­тивной деталью, в которой размещаются все осталь­ные детали. Изнутри к станине крепятся полюсы. Полюс машины состоит из сердечника, полюсного наконечника и катушки. При прохождении по катуш­кам постоянного тока в полюсах индуцируется маг­нитный поток возбуждения. Помимо главных полюсов в машинах повышенной мощности (более 1 кВт) устанавливаются дополнительные полюсы меньших размеров, предназначенные для улучшения работы машины. Катушки дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря.

Обмотка вращающегося якоря соединяется с по­мощью коллектора и щеток с неподвижными клем­мами, через которые машина включается в электрическую сеть.

Сердечник якоря и коллектор крепятся на одном валу. Стальной вал якоря опирается на подшипники, закрепленные в боковых щитках машины. В свою очередь боковые щитки крепятся болтами к статору.

Для уменьшения вихревых токов и связанных с ними тепловых потерь сердечник якоря набирают из тонких листов электротехнической стали, изолирован­ных друг от друга лаковым покрытием. В теле якоря сверлят вентиляционные каналы, по которым прохо­дит охлаждающий воздух. В пазы сердечника якоря укладывают проводники обмотки якоря, соединенные с коллекторными пластинами.

Коллектор набирают из медных пластин, разде­ленных миканитовыми прокладками. Поверхность медных пластин специально обрабатывают, чтобы повысить их устойчивость к истиранию.

Электрическое соединение вращающейся обмотки якоря с неподвижными клеммами машины осуществляется с помощью щеток, скользящих по коллектору.

Щетки вставляются в специальные обоймы щетко­держателя и прижимаются к коллектору спиральными или пластинчатыми пружинами. Щеткодержатели кре­пятся к траверсе, которую вместе со щетками можно поворачивать относительно статора на некоторый угол в ту или другую сторону.

В качестве основы для изготовления щетки исполь­зуют графит. Чтобы получить заданные свойства (определенную электропроводность, повышенную сопротивляемость к истиранию), в щетку добавляют порошки металлов (медь, свинец).

На рис. 9.1. показан внешний вид машины посто­янного тока  серии П, выпускаемой отечественной промышленностью. Маши­ны этой серии рассчитыва­ют на различную мощ­ность от 0,3 до 200 кВт. Двигатели серии П рас­считаны на напряжение 110 или 220 В, а генера­торы— 115 или 230 В.

Поперечный разрез ма­шины постоянного тока схематически изображен на рис. 9.2, где видны ста­тор, создающий магнит­ный поток возбуждения, и ротор, в пазах которого размещены проводники обмотки якоря. Между полюсным наконечником и якорем имеется воздуш­ный зазор, исключающий трение ротора о статор (рис. 9.3, а). Магнитная индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности по закону, который называют тра­пецеидальным (рис. 9.3, б).

Рис. 9.2. Поперечный разрез ма­шины постоянного тока: 1 — сердечник якоря с проводни­ками обмотки; 2 — катушка обмот­ки возбуждения; 3 — вал; 4 — главный полюс; 5 — дополнитель­ный полюс; 6 — статор

Устройство машины постоянного тока изобра­жено на рис. 9.4.

Рис. 9.1. Внешний вид ма­шины постоянного тока

 

 

Машины постоянного тока обычно имеют прину­дительное воздушное охлаждение, осуществляемое вентилятором, насаженным на вал якоря. Для мощных машин выработаны системы водородного, а также водяного охлаждения.

 

Рис. 9.3. Схематическое изоб­ражение воздушного зазора 1 между полюсным наконечни­ком 2 и якорем 3 (а) и магнит­ная индукция в воздушном зазоре (б)

Рис. 9.4. Устройство машины постоянного тока:

1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4 — сердечник главного полюса; 5 — полюсная ка­тушка; 6 — статор; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмотка якоря

Для защиты машины от пыли и влаги конструк­тивные окна, обеспечивающие доступ к коллектору и щеткам, закрывают съемными стальными лентами или пластинами.