Раздел шестой

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Глава 17 электрические машины постоянного тока

§ 17.1. Устройство электрических машин постоянного тока

Магнитное поле машин постоянного тока неподвижно и создается основными полюсами 1 (рис. 17.1) с обмотками возбуждения 2. Полюсные наконечники 3 образуют требуемое распределение индук­ции в зазоре между полюсами 1 и якорем 4. Полюсы крепят к станине 5, через которую замыкается магнитный поток. Вра­щающаяся часть (якорь) состоит из сердечника, собранного из листов электротехнической стали с пазами для обмотки якоря и

вентиляционными отверстиями, собственно обмотки и коллектора. Сердечник и коллектор закрепляют на валу. Обмотка состоит из секций, изготовленных на специальных шаблонах или станках. Коллектор набирают из медных пластин 4 (ламелей), имеющих выступы 2 в форме ласточкина хвоста (рис. 17.2). Пластины изолируют друг от друга и стягивают зажимными конусами 5. К выступающему концу ламели 4 присоединяют концы двух смежных секций обмотки якоря. Электрический контакт с коллектором осуществляют с помощью графитовых неподвижных щеток 2 (рис. 17.3), помещенных в обоймы щеткодержателей 1 и прижатых пружинами к поверхности коллектора. Вал вращается в подшипниках щитов, закрепленных на торцах станины. Между основными полюсами помещают добавочные полюсы 6 (рис. 17.1), с помощью которых достигается безыскровая работа щеток на коллекторе.

На рис. 17.1 изображена машина с одной парой полюсов. Про­мышленностью изготовляются машины и с большим числом пар полюсов.

Стороны 1 и 2 секции обмотки якоря (рис. 17.4) укладывают в раз­личные пазы сердечника так, что одна из них (1) лежит в верхнем слое, а другая (2) — на дне паза. Таким образом, обмотка становится двухслойной. Проводники секции размещают так, чтобы э.д.с. в них суммировались. Для этого стороны каждой секции располагают под полюсами различной полярности на расстоянии, примерно равном полюсному делению τ (длина дуги окружности якоря между осями соседних полюсов).

Различают параллельную (петлевую) и последовательную (волно­вую) обмотки. При петлевой обмотке (рис. 17.5, а) концы секции присоединяют к соседним парам пластин коллектора. Нижние стороны секций показаны пунктиром. Секции условно изображены одновитковыми. Число щеток и параллельных ветвей 2а простой петлевой обмотки равно числу полюсов 2р: 2а = 2р. На рис. 17.5,б показана развернутая схема простой волновой обмотки. Концы секции присоединяют к коллекторным пластинам, отстоящим друг от друга на таком расстоя­нии, чтобы после завершения одного оборота вокруг якоря второй оборот пришлось начать с секции, лежащей слева от первой. Число параллельных ветвей 2а = 2. Хотя в обоих случаях обмотки получаются замкнутыми, суммарная э. д. с. равна нулю, так как под каждым полюсом находится одинаковое число проводников.

§ 17.2. Основные уравнения и схема замещения

При вращении проводников обмотки якоря в магнитном поле ос­новных полюсов в них индуцируется э.д.с. в соответствии с законом электромагнитной индукции (см. приложение 2): е₁ = Вlv где l -длина проводника; v - линейная скорость проводника. Магнитный поток в зазоре под полюсом Ф = Blτ. Э.д.с., индуцируемая в одном провод­нике, . При общем числе проводников N в одной из 2а параллельных ветвей последовательно соединено N/(2a) проводника. При э.д.с. якоря

(17.1)

где Ω - частота вращения якоря; D - диаметр якоря; k = pN/(2πa) - безразмерная величина, постоянная для данной машины. Ток в любом проводнике I₁ = I_я/(2a), где I_я - ток якоря.

Взаимодействие тока I₁ с магнитным полем основных полюсов

создает силу f₁ = ВIL. действующую на проводник. Электромагнитный момент, создаваемый всеми проводниками,

(17.2)

На рис. 17.6, а изображена схема электрической машины постоян­ного тока. Рассматривая цепь якоря как активный двухполюсник, у которого U_х = E_я; R_вх=R_я можно получить схему замещения (рис. 17.6,б).

Режим работы машины постоянного тока определяется соотноше­нием между значениями напряжения, э.д.с. и тока якоря. В табл. 17.1 приведены основные режимы работы машины постоянного тока при U_я = const.

На схемах, приведенных в таблице, в отличие от рис. 17.6, б положительные направления E_я и I_я выбраны в соответствии с режимом работы машины.

Таблица 17.1

Ток якоря	ЭДС якоря	Схема	Механическая характеристика	Режим работы
Iя=0	Eя=Uя			Холостой Ход (М=0)
Iя>0	Eя>Uя Uя=Eя - IяRя			Генераторный (М<0)
Iя>0	Eя<Uя Uя=Eя+IяRя			Двигательный (М>0)
Iя=Uя/Rя	Eя=0			Пуск двигателя (Ω=0)
Iя=(Uя +Eя)/Rя	Eя>0			Электромагнитное торможение (Ω<0)