Радел 2. Машины постоянного тока

Устройство простейшей машины постоянного тока и принцип ее действия

Наибольшее применение машины постоянного тока находят в качестве двигателей, где требуется широкое и плавное регулирование частоты вращения (прокатные станы, электрическая тяга на транспорте, мощные металлорежущие станки). Генераторы постоянного тока используются в различных транспортных и других установках (для питания электроприводов с широким регулированием частоты вращения, в электролизной промышленности и т. д.), кроме того, они являются возбудителями и подвозбудителями крупных синхронных генераторов.

На рис. 1 представлена простейшая машина постоянного тока. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор простейшей машины имеет два полюса (1) и ярмо (на рис. не показано). Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря (2) и коллектора (3). Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, уложенной в пазах сердечника якоря. Обмотка якоря имеет один виток, соединенный с изолированными от вала двумя медными пластинами коллектора. Обмотка якоря соединяется с внешней цепью коллектором и щетками (4).

Основной магнитный поток в машинах постоянного тока обычно создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S, и от него через ярмо снова к северному полюсу, преодолевая дважды воздушный зазор. Сердечники полюсов выполняются из электротехнической стали.

Рис. 1.

1 — полюс; 2 — якорь; 3 — коллектор; 4 — неподвижная щетка Принцип действия генератора. При вращении якоря машины в направлении по часовой стрелке в проводниках обмотки якоря индуктируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Значение индуктируемой в проводнике ЭДС.

.

где В — магнитная индукция; l — активная длина проводника; v — линейная скорость перемещения проводника.

Полная ЭДС якоря рассматриваемой машины равна. ЭДС является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется.

Рис. 2.

• 1 — вал;
• 2 — задний подшипниковый щит;
• 3 — коллектор;
• 4 — щетки;
• 5 — сердечник якоря;
• 6 — сердечник главного полюса;
• 7 — обмотка возбуждения;
• 8 — станина;
• 9 — передний подшипниковый щит;
• 10 — вентилятор;
• 11 — лапы для крепления;
• 12 — подшипники

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в обмотке возникает переменный ток, а во внешней цепи — постоянный. Это объясняется тем, что под верхней щеткой всегда находится пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой — пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразует переменный ток обмотки якоря в постоянный ток внешней цепи. Для улучшения условий токосъема с коллектора в машинах с мощностью более 0,5кВт между главными полюсами устанавливаются добавочные полюсы. Обмотка добавочных полюсов включается последовательно в цепь обмотки якоря. Сердечник добавочного полюса изготавливается из стали и имеет обычно монолитную конструкцию. Общий вид машины постоянного тока приведен на рис. 2.