Структурная схема электропривода
В настоящее время на получение механической энергии в электроприводе расходуется около 80 % электрической энергии, потребляемой в промышленности, или около 60 % всей вырабатываемой электрической энергии. Широкое распространение электропривода связано с такими его преимуществами, как
1. Простота подвода и распределения электрической энергии;
2. Высокая надежность, безопасность и экономичность электрических двигателей;
3. Простота и удобство обслуживания и эксплуатации электрических двигателей, управления, контроля и автоматизации работы электропривода;
4. Широкий выбор типов, конструктивных исполнений и мощностей электрических двигателей;
5. Широкий диапазон регулирования частоты вращения и хорошие регулировочные свойства электрических двигателей;
6. Высокая экологическая чистота производства при использовании электропривода.
Машины постоянного тока, как и другие электрические машины, обладают свойством обратимости и могут работать в качестве электродвигателей и генераторов.
Двигатели постоянного тока используются для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию и широко применяются для привода металлорежущих станков, прокатных станов, роликовых транспортеров, подъемно-транспортных машин, экскаваторов, в электрифицированном транспорте и т.д.
Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти двигатели широко используются в различных отраслях народного хозяйства.
Двигатели постоянного тока имеют хорошие пусковые и регулировочные свойства, высокую перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики, поэтому применяются в регулируемом электроприводе, когда требуется высокое качество управления технологическим процессом.
Преимущества двигателей постоянного тока:
- хорошие пусковые свойства – большой пусковой момент;
- хорошие регулировочные свойства – простота, большой диапазон;
- высокая перегрузочная способность;
- широкий выбор механических характеристик.
Недостатки двигателей постоянного тока:
- двигатели постоянного тока сложнее по конструкции и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей;
- наличие щеточно-коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надёжность работы машины;
- использование двигателей постоянного тока связано с повышенными эксплуатационными расходами;
- двигатели постоянного тока обладают повышенной взрыво-пожароопасностью вследствие искрообразования на коллекторе;
- для питания двигателя постоянного тока требуется специальный источник постоянного тока (выпрямитель), поскольку основной системой электроснабжения промышленных предприятий является трёхфазная система переменного тока.
Устройство двигателя постоянного тока
Конструктивно двигатель постоянного тока состоит из двух основных частей, разделённых тонким воздушным зазором 0,3 - 0,5 мм: 1. Неподвижная часть - статор или индуктор; 2.Вращающаяся часть - ротор или якорь.
Особенностью конструкции машин постоянного тока является щеточно-коллекторный узел, служащий для поддержания скользящего электрического контакта неподвижной внешней сети постоянного тока с вращающейся обмоткой якоря.
Устройство двигателя постоянного тока:
1- корпус (станина); 2 - главный полюс; 3 - катушки обмотки возбуждения; 4 - сердечник якоря; 5 - обмотка якоря; 6 - коллектор; 7 - щётки; 8 - вентилятор; 9 - подшипниковый щит.
Статор 1 (индуктор – неподвижная часть машины).
Станина (статор или корпус двигателя) литой или сварной, из чугуна или стали выполняется в виде полого цилиндра. На станине устанавливаются полюсы и подшипниковые щиты, в которых закрепляются подшипники вала якоря. Станина является частью магнитопровода (ярмом) машины и обеспечивает его замкнутость.
На внутренней поверхности статора крепятся болтами главные полюсы 2 с полюсными наконечниками, которые служат для равномерного распределения магнитной индукции в зазоре между полюсами и якорем. Наконечники главных полюсов выполняются шихтованными - из тонких изолированных стальных штампованных пластин толщиной 0,35 - 0,5 мм, так как при вращении зубчатого якоря из-за пульсаций магнитного потока в полюсных наконечниках возникают вихревые токи и соответственно потери мощности. Однако по технологическим условиям обычно выполняют шихтованным весь полюс.
На главных полюсах расположены катушки обмотки возбуждения 3, выполненные из медного обмоточного провода. При включении обмотки возбуждения в сеть постоянного тока в статоре двигателя создаётся постоянный магнитный поток возбуждения Ф В .
Внутри статора между главными полюсами расположены узкие дополнительные (добавочные) полюсы с обмоткой, которые служат для улучшения коммутации и уменьшения искрения на коллекторе двигателя, а так же для коррекции его механической характеристики.
Якорь 4 (ротор - вращающаяся часть машины).
Современные машины постоянного тока имеют зубчатый якорь барабанного типа. Сердечник якоря представляет собой цилиндр (барабан) 4, набранный из тонких изолированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. На наружной поверхности якоря имеются пазы, в которые уложена обмотка якоря 5 – так называемая барабанная обмотка. Обмотка якоря изготовляется из медного обмоточного провода круглого или прямоугольного сечения и состоит из отдельных, заранее намотанных катушек - секций, которые обматываются изоляционными лентами и укладываются в пазы сердечника якоря. Катушки (секции обмотки) могут соединяться между собой последовательно или параллельно, образуя обмотку якоря в основном двух типов: петлевую или волновую.
Петлевую обмотку можно получить, если соединить соседние секции так, чтобы их боковые стороны находились под одним и тем же магнитным полюсом индуктора. Если же соседние секции соединить так, чтобы их боковые стороны были расположены под разными магнитными полюсами, то получается волновая обмотка.
Обмотка якоря является замкнутой и выводы секций обмотки припаиваются к пластинам коллектора 6, расположенного на валу двигателя.
Коллектор 6 представляет собой цилиндр, набранный из пластин твёрдотянутой меди, изолированных друг от друга и от вала и закреплённых на стальной втулке на валу двигателя. В качестве изоляции между коллекторными пластинами используется прокладки из слюды – миканита или специальных пластмасс толщиной 0,5 - 2 мм в зависимости от размера коллектора и рабочего напряжения машины. Как показала практика напряжение между соседними коллекторными пластинами не должно превышать 40 В и это является одной из причин, почему машины постоянного тока обычно изготовляются на низкое напряжение до 500 В. Коллектор является самой ненадёжной частью электрической машины и требует постоянного осмотра и ухода.
К коллектору с помощью пружин прижимаются неподвижные медно-графитовые щётки 7 для поддержания скользящего электрического контакта вращающейся обмотки якоря с неподвижной внешней сетью постоянного тока.
Крепление машины к фундаменту, специальным салазкам или металлоконструкции осуществляется с помощью лап, а иногда корпус некоторых машин снабжается для крепления специальными фланцами.
В зависимости от способа включения обмотки возбуждения (ОВ) относительно сети и якоря (Я), различают двигатели постоянного тока c независимым возбуждением (ОВ к якорю не подключена, а) и двигатели постоянного тока с параллельным (б), последовательным (в) и смешанным (г) возбуждением.