Тема 1.1 Принцип дії і склад колекторних машин постійного струму.

1. Принцип дії і будова колекторних машин постійного струму (генератори, двигуни ПС).

Використання електричних машин як генератори й двигунів є їхнім головним застосуванням, тому що зв'язано винятково з метою взаємного перетворення електричної й механічної енергій.

Характерною ознакою колекторних машин є наявність у них колектора - механічного перетворювача змінного струму в постійний і навпаки. Необхідність у такому перетворювачі пояснюється тим, що в обмотці якоря колекторної машини повинен протікати змінний струм, тому що тільки в цьому випадку в машині відбувається безперервний процес електромеханічного перетворення енергії.

Розглянемо принцип дії колекторного генератора постійного струму. На рисунку 1 зображена спрощена модель такого генератора: між полюсами N і S постійного магніту перебуває обертова частина генератора-якір, вал якого за допомогою шківа й пасової передачі механічно пов'язаний із приводним двигуном (на малюнку не показаний) — джерелом механічної енергії. У двох поздовжніх пазах на сердечнику якоря розташована обмотка у вигляді одного витка abcd кінці якого приєднані до двох мідних ізольованим друг від друга півкільцям, що утворять найпростіший колектор. На поверхню колектора накладені щітки А и В, що здійснюють ковзний контакт із колектором і єднальним генератором із зовнішнім ланцюгом, куди включене навантаження опором R.У процесі роботи генератора якір обертається й виток abcd займає різне просторове положення, тому в обмотці якоря наводиться змінна ЭРС. Якби в машині не було колектора. то струм у зовнішньому ланцюзі (у навантаженні R) був би змінним, але за допомогою колектора й щіток змінний струм обмотки якоря перетвориться в пульсуючий струм у зовнішньому ланцюзі генератора, тобто струм, незмінний по напрямку

Класифікація двигунів постійного струму.

Двигуни постійного струму розрізняють по:

Функціональному призначенню – для приводів головного руху і подачі;

Типу системи збудження – з електромагнітним збудженням і від постійних магнітів;

По швидкодії – нормальної швидкодії і підвищеної;

По кількості обертів на валу – високо обертові і низько обертові;

По напрузі – високовольтні і низьковольтні;

По інерційності – з великим і малим власним моментом інерції;

По типу конструкції – традиційні (з пазовим ротором),

-високомоментні,

-гладким якорем,

-дисковим,

-полим ротором та ін.

По способу захисту і охолодження – захищені з само вентиляцією,

-захищені з незалежною вентиляцією від стороннього вентилятора,

-з природнім охолодженням, закриті з зовнішнім обдувом.

За способом збудження двигуни постійного струму характеризуються:

- Двигуни постійного струму з паралельним (незалежним) збудженням;

- Двигуни з послідовним збудженням;

- Двигуни зі змішаним збудженням (при узгодженому ввімкнені обмоток збудження).

Характерною ознакою електродвигунів постійного струму являється наявність в них Колектора-механічного перетворювача змінного струму в постійний (і навпаки при умові що двигун працює в якості генератора).

Необхідність в такому перетворювачі пояснюється тим що в обмотці якоря колекторної машини повинен протікати змінний струм так як тільки в цьому випадку в машині проходить неприливний процес електромеханічного перетворення енергії.

Розглянемо принцип дії та будову колекторного двигуна постійного струму двигун складається з двох основних частин статора і якоря .

Рисунок 1ДПС 1 Станина; 2 додаткові полюса; 3сердечник головного полюса ;4 сердечник якоря; 5 котушка головного полюса; 6 обмотка якоря; 7 вентилятор ;8 задній підшипниковий щит; 9 підшипник; 10 вентеляційна решітка; 11 вал; 12 кришка оглядового віконця; 13 коробка виводів; 14щіткова траверса; 15 бракет; 16 передній підшипниковий щит ; 17 колектор.

Статор це - нерухома частина двигуна . Статор складається з станини, головних та допоміжних полюсів.

Станина 1 служить для закріплення полюсів і підшипникових щитів і являється частиною магнітопровода так як через неї замикається магнітний потік машини. Станину виготовляють з сталі , матеріалу , який має властивості достатньою механічною міцності і великою магнітною проникливістю. В нижній частині станини існують лапи для кріплення машини до фундаментної плити а по колу станини розташовані отвори для кріплення головних 3 і додаткових 2 полюсів. Станину виготовляють або цільною з стальної труби або зварної з листової сталі за виключенням машин з великим зовнішнім діаметром в яких станину роблять роз’ємною, що робить монтаж та транспорування легшою.

Головні полюса - служать для створення в машині постійного струму магнітного поля збудження. Головний полюс скоадається з сердечника 3 і полюсної котушки 5 з сторони зверненої до якоря, сердечник полюса має полюсний наконечник, який здійснює необхідне розподілення магнітної індукції в зазорі машини.

Сердечники головних полюсів роблять шихтованими з листової конструкційної сталі товщиною сталі до 2 мм або з тонколистової сталі електротехнічної анізотропної (холоднокатаної) сталі наприклад марки 3411 . Штамповані пластини головних полюсів не ізолюють так як тонка плвка окису на їх поверхні достатня для значного послаблення вихрових струмів .наведенних в полюсних кінцевиках пульсаціями магнітного потоку визваною пульсацією сердечника якоря. Анізотропна сталь має властивості підвищенної магнітною проникливістю вздовж потоку , що враховується при штампуванні пластин і їх складанню в пакет.

Полюса кріплять до станини болтами полюсні катушки виконнані з мідного дроту намотаного на каркас з ізолюючого матеріалу .

Деколи котушки (для інтенсивного охолодження ) ділять по висоті на частини між якими лишають вентиляційні канали.

Додаткові полюса - використовують в машинах більше 1 кВт з метою зменшення іскріння на колекторі .Додатковий полюс складається з: сердечника та котушки виконаній з мідного дроту переріз якого розрахований на робочий струм машини так як котушки додаткових полюсів вмикаються послідовно з обмоткою якоря .Додаткові полюси розташовують між головними полюсами і закріплюють до станини болтами .

Якір - Двигуна ПС складається з : вала, сердечника, обмотки, та колектора .

Сердечник якоря має штриховану конструкцію і набирається з штампованих пластин. тонколистової електромеханічної сталі товщиною до 0.5 мм .

Листи покривають з двох боків ізоляційним лаком , просушують а потім збирають в пакет який потім запресовують на вал якоря .

Така конструкція сердечника якоря дозволяє значно послабити в ній вихрові струми виникаючі при його перенамагничуванні в процесі обертання в магнітному полі . На поверхні сердечника якоря існують повздовжні пази в які вкладають обмотку якоря .Для покращенного охолодження в двигуні в сердечнику якоря роблять аксіальні обо радіальні вентиляційні канали.

Обмотка якоря. Виготовляють з мідного дроту круглого або прямокутного перерізу. Пази якоря після заповнення їх дротами обмотки закривають клинцями (текстолітовими або гетинаксовими) в деяких двигунах не закривають клинцями а накладають на поверхню якоря бандаж .

Бандаж роблять з дроту або з склострічки з попереднім натягом . Лобові частини обмотки кріплять до обмотко-тримача бандажом .

Колектор - являється одним з самих складних вузлів електродвигуна Основними елементами колектора являються пластини трапеціідального перерізу з твердо тягнутої міді ,зібранні таким чином що колектор утворює циліндричну форму.

В залежності від способу закріплення колекторних пластин, розрізняють наступні типи колекторів:

з сталевим корпусом, на пластмасі сталевим кільцями (використовують в швидкохідних машинах, коли колекторні пластини при обертанні якоря створюються великі відцентрові сили)

Розділеними прокладками з спеціального матеріалу(міканіт).

Набір колекторних пластин ізольовані від стального корпуса двома міканітовами манжетами і міканітовим циліндром, надівають на сталеву втулку, та стягують конусними кільцями і затискають гайками, таким чином що вони впираються в нижню частину пластини "ластівкін хвіст "який стягує їх.

При цьому пластини притискаються один до одного і між ними створюється бічний тиск так називаємим "Арочним розпором". Тому колектори з стальним корпусом називають "колекторами арочного типу". В двигунах постійного струму малої потужності часто використовують на пластмасі.

Рисунок 2 Колектор ДПС

Колектори на пластмасі відрізняються простотою виготовлення. Набір мідних і міканітових пластин в такому колекторі утримаються заприсованою пластмасою в простір між набором пластин і стелевою втулкою при цьому утворюють корпус колектора.

Щіткотримач двигуна постійного струму

Рисунок 3 Шіткотримач

Щіткотримач складається з: щіткової траверси пальців та щітко тримача. Щіткову траверсу закріпляють до підшипникового щітка. Пальці кількість яких дорівнює кількості головних полюсів ,ізольовані від траверси . На кожний палець встановлюють комплект щіткотримачів.

Щітко тримач складається з обойми в яку вкладена щітка, та курока який представляє собою відкидну деталь ,передаючи тиск через пружину на щітку. Щіткотримач кріплять на пальці зажимом .Щітка оснащена гнучким тросиком для вмикання її в електричну мережу . Всі щіткотримачі однієї полярності з’єднанні між собою збірними шипами під єднанні до виводів машини.

Лекція