Машины постоянного тока Назначение и устройство мпт
Характерным признаком коллекторных машин постоянного тока является наличие у них коллектора и контактных щеток– механического преобразователя переменного тока в постоянный ток и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии.
Машины постоянного тока применяют в качестве электрических двигателей и генераторов.
Электродвигатели постоянного тока имеют широкий диапазон мощностей от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и др. крупных механизмов). Такие машины широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии, на транспорте, в грузоподъемных и землеройных устройствах, на морских и речных судах, в металлообработке, бумажной, текстильной и другой промышленности.
Достоинства ДПТ по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока - хорошие пусковые и регулировочные свойства, значительная перегрузочная способность и возможность получать жесткие и мягкие механические характеристики, и частоту вращения более 3000 об/мин.
Недостатки - конструкция ДвПТ сложнее и их стоимость выше, чем АД. Пониженная надежность. Щеточно-коллекторный узел является источником радиопомех и пожароопасности.
С применением автоматизированных электроприводов и тиристорных преобразователей, двигатели постоянного тока можно питать от сети U. Их используют чаще.
Генераторы постоянного тока раньше широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, как источники для заряда аккумуляторов батарей.
Их недостаток – наличие щеточно-коллектороного аппарата, который требует особого ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому сейчас чаще применяют полупроводниковые преобразователи, а на транспорте - синхронные генераторы, работающие совместно с полупроводниковыми выпрямителями.
По конструкции МПТ подобна обращенной СМ, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения – на статоре.
Машина постоянного тока имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит - IB, создающий магнитное поле возбуждения - ФB. На статоре, кроме главных полюсов с обмоткой возбуждения, имеются добавочные полюсы, служащие для снижения искрения под щетками.
На
роторе двухслойная обмотка, в которой
при вращении ротора индуцируется ЭДС.
Таким образом, ротор – якорь.
В машинах постоянного тока преобразование постоянного тока в переменный ток осуществляется механическим преобразователем частоты – коллектором. Величина воздушного зазора между полюсами и якорем колеблется от 1 мм до 1 см.
Коллекторные пластины изолированы друг от друга и образуют цилиндр, по которому при вращении машины скользят щетки. К неподвижным щеткам подводится постоянное напряжение. Щетки и цилиндр из коллекторных пластин образуют щеточно-коллекторный узел.
Щетки, обычно, устанавливают на геометрической нейтрали (линии, перпендикулярной оси полюсов) поэтому, поле якоря перпендикулярно силовым линиям поля возбуждения. Считают, что в ненасыщенных МПТ при нагрузке имеет место продольно-поперечное намагничивание и поле якоря не влияет на поле возбуждения, т.е. поле в МПТ при нагрузке искажается, а поток остается таким же, как и при холостом ходе, когда ток якоря равен нулю.
Коллектор машин постоянного тока состоит из медных пластин толщиной 3-15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью фланцев, стянутых болтами. Поверхность медных пластин в процессе работы машины постепенно истирается щетками. Чтобы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло бы привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, приходится периодически выполнять «продораживание» коллектора. Эта операция состоит в том, что между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм.
Секции обмотки выводятся на коллекторные пластины для обеспечения надежной работы машины. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники – «петушки» - от обмотки якоря.