8. Машины постоянного тока

8.1. Общие сведения

Электрические машины постоянного тока (двигатели и генераторы) находят широкое применение в различных областях техники. Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.

Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования, как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.

Генераторы постоянного тока входят в состав систем электропитания специального оборудования, например в радиотехнических установках, при зарядке аккумуляторов, для питания электролитических ванн.

Общим недостатком машин постоянного тока является сложность их конструкции, связанная главным образом со щёточно-коллекторным аппаратом. Кроме того, в коллекторно-щеточном аппарате, осуществляющем постоянную коммутацию цепей электрической машины, возникает искрение, что снижает надежность машин и ограничивает область их применения.

8.2. Устройство машины постоянного тока

Машину постоянного тока в основном можно разделить на неподвижную и вращающуюся части. Неподвижная часть состоит из станины, на которой укреплены главные полюсы для возбуждения главного магнитного потока и дополнительные — для улучшения коммутации в машине.

Главный полюс состоит из сердечника, набранного из листовой стали и укрепленного болтами на станине, и обмотки возбуждения. Сердечник на свободном конце снабжается полюсным наконечником для создания требуемого распределения магнитного потока.

Рис. 8.1

Рис. 8.3

Рис. 8.2

Станина является ярмом машины, т. е. частью, замыкающей магнитную цепь главного потока Ф (рис. 8.1). Она изготовляется из литой стали, так как магнитный поток в ней относительно постоянен. Дополнительные полюсы устанавливаются на станине между основными. На сердечниках дополнительных полюсов располагаются обмотки, которые соединяются последовательно с якорем (рис. 8.2).

Якорем называют часть машины, в обмотке которой при вращении ее относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. В машине постоянного тока якорь (рис. 8.3) состоит из зубчатого сердечника 1, обмотки 2, уложенной в его пазах, и коллектора 3, насаженного на вал якоря. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком.

Для отвода тока от коллектора служат щетки, установленные в щеткодержателях (рис. 8.4). Щетку 1 к коллектору прижимает пружина 2. Ток от щетки отводится специальным гибким кабелем. Щеткодержатели надеваются на щеточную траверсу (отверстие 3), от которой они электрически изолируются. Траверса крепится соосно с якорем так, что ее можно поворачивать, изменяя положение щеток по отношению к полюсам машины.

Рис. 8.4

Рис. 8.5

У всех электрических машин постоянного тока есть коллектор. Это полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин 1 (рис. 8.5). Пластины коллектора изолированы также от вала машины. Проводами 2 они соединяются с витками обмотки, размещенной в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором.