4. Электрические машины постоянного тока
4.1 Назначение, устройство машины постоянного тока
Машины постоянного тока используются в качестве генераторов и двигателей.
Рис. 4.1
В генераторах осуществляется преобразование механической энергии в энергию постоянного тока. В качестве первичных двигателей используются асинхронные или синхронные двигатели.
Генераторы постоянного тока используются для питания машин постоянного тока, для питания постоянным током электромагнитных ванн, электромагнитов, сварочных аппаратов, аппаратуры контроля и управления.
В двигателях постоянного тока энергия постоянного электрического тока преобразуется в механическую.
Они применяются для приводов механизмов в тех случаях, когда требуется плавное регулирование скорости в широких приделах, например, для привода металлорежущих станков, прокатных станов, подъемно-транспортных устройств, и т.д.
Генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково.
Неподвижная часть машины - статор, состоит из стального корпуса (1), к которому крепятся главные (2) и дополнительные (3) полюса, выполненные из листовой электротехнической стали, для уменьшения потери на перемагничивание и вихревые токи.
а) б)
Рис. 4.2
Главные полюса имеют большие полюсные формы (4) для создания минимального воздушного запора между якорем и статором (рис.4.3). Это обеспечивает более равномерное распределение магнитной индукции между якорем и статором (рис. 4.4).
а) 6)
Рис 4.3. Рис. 4.4
На главных полюсах крепят обмотку возбуждения (5). Назначение главных полюсов с обмоткой возбуждения - создать магнитное поле.
На дополнительных полюсах крепится обмотка дополнительных полюсов (6). Предназначены они для уменьшения искрения на коллекторе, устанавливаются обычно на машинах большой мощности. Расположены дополнительные полюсы между главными полюсами (рис. 1.2) число их равно числу главных полюсов, либо вдвое меньше. Подвижная часть машины - якорь (рис. 4.2) состоит из трех основных частей - сердечник (7), обмотка якоря (8) и коллектор (9). Сердечник якоря, набирают из листовой электротехнической стали, он крепится на валу. В пазах сердечника расположена обмотка якоря. Все обмотки в машинах постоянного тока выполняются из медного изолированного провода. Выводы обмотки якоря (2) присоединяются к коллектору (рис. 4.5). Коллектор представляет собой цилиндр из медных, изолированных друг от друга пластин (1) к коллектору с помощью пружин прижимают графитные или медно-графитные щетки, укрепленные в щеткодержателях (рис. 4.5). Обычно щетки расположены на оси главных полюсов. С помощью коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней электрической цепью. Кроме того, коллектор со щетками служит для преобразования изменяющегося по направлению тока проводников обмотки якоря генератора, в постоянный по направлению ток внешней цепи. В двигателях с помощью коллектора и щеток происходит обратное преобразование.
Рис. 4.
4.2 Принцип действия машин постоянного тока
Рис. 4.6 Рис. 4.7
Моделью генератора может служить виток, вращающийся в магнитном поле постоянного магнита (рис.4.6).
В таком витке индуктируется переменная во времени ЭДС. Если концы витка присоединить полукольцам А и В, изолированными друг от друга и положить на них щетки, то во внешней цепи будет протекать ток изменяющийся по величине, но постоянный по направлению (рис.4.7).
Направление ЭДС индукции в витке индуктируемого тока можно определить по правилу правой руки.
При переходе через геометрическую нейтраль (линия, перпендикулярная оси полюсов), направление ЭДС и тока в витке изменяется, но под щетку А попадает пластина 2, а под щетку В пластина 1 ,направление тока в нагрузке не изменяется.
Для увеличения ЭДС генератора и получения на зажимах напряжения, постоянного по величине, якорную обмотку выполняют из нескольких секций, каждая из которых состоит из большого количества витков.
Коллектор имеет число пластин вдвое больше, чем число секций обмотки якоря. Секция соединения с парой коллекторных пластин. В двигателях постоянного тока через коллекторно-щеточный контакт на обмотку якоря подается постоянное напряжение, внешнего источника. На проводник якоря действует сила Ампера, направление которой можно определить по правилу левой руки. Направление силы, действующей на проводники витка (рис.4.8) таковы, что создается момент, стремящийся повернуть виток. Если вращающийся момент на валу выше тормозного и инерционного, якорь начинает вращаться.