Электрические машины постоянного тока

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 машины, в частности к снижению коэффициента полезного действия.

В любой машине постоянного тока четко выделяются подвижная и неподвижная части. Подвижная (вращающаяся) часть машины называется ротором, неподвижная — статором.

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

Статор машины постоянного тока называют также станиной. Станина изготовляется из магнитопроводящего материала (обычно литая сталь) и 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 индуктируется 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 включаются последовательно с обмоткой якоря.

Обмотка вращающегося якоря соединяется при помощи 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 при помощи 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. 7.1 показан внешний вид машины постоянного тока серии П, выпускаемой отечественной промышленностью. Машины этой серии рассчитывают па различную мощность от 0,3 до 200 кВт. Двигатели серии П рассчитаны на напряжение 110 или 220 В, а генераторы — 115 или 230 В.

Рис. 7.1.

Поперечный разрез машины постоянного тока схематически изображен на рис. 7.2: 1 — сердечник якоря с проводниками обмотки;

2 — катушка обмотки возбуждения; 3 — вал; 4 — главный полюс; 5 — дополнительный полюс; 6 — статор. Между полюсным наконечником и якорем имеется воздушный.

Рис. 7.2.

зазор 1, исключающий трение ротора 3 о статор 2 (рис. 7.3, а). Магнитная индукция в воздушном зазоре изменяется вдоль окружности якоря по закону, который называют трапецеидальным (рис. 7.3, б). Устройство машины постоянного тока изображено на рис. 7.4. Цифрами обозначены: 1 — коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря;

• 4 — сердечник главного полюса;
• 5 — полюсная катушка; 6 — статор; 7 — подшипниковый щит; 8 — вен-

Рис. 7.4.

Рис. 7.3.

тилятор; 9 — обмотка якоря.

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

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

Карточка № 7.1 (281).

Устройство электрических машин постоянного тока. Обратимость машин.

Продолжение карт. № 7.1