Эл. машины. Разделы 1, 2, 3

индуктируется э.д.с, называется якорем. Якорная обмотка может располагаться на роторе или на статоре. В машинах постоянного тока рабочая обмотка размещается на роторе.

Ротор машины постоянного тока состоит из сердечника якоря, обмотки, коллектора и вала. В машинах с самовентиляцией на валу крепится

вентилятор.

Концы вала поддерживаются подшипниками, расположенными в подшипниковых щитах или стояках.

На рис. 3 показаны продольный и поперечный разрезы машины постоянного тока.

Сердечник якоря набирается из нескольких пакетов. Пакеты состоят из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, которые изолируют друг от друга лаком для уменьшения потерь от вихревых токов. Воздушные промежутки между пакетами образуют радиальные вентиляционные каналы. В листах стали сердечника (рис. 4) выштампованы пазы для якорной обмотки, отверстие для вала и отверстия для вентиляции. Листы якоря насаживают непосредственно на вал и спрессовывают с обеих сторон нажимными приспособлениями. От проворачивания сердечник якоря удерживается продольной шпонкой. Сердечник якоря большого диаметра собирается из кольцевых сегментов, пакеты которых набираются на якорную втулку, закрепленную на валу.

Обмотка якоря изготовляется из медного провода круглого или прямоугольного сечения, изолируется от сердечника и состоит из секций, которые укладывают в пазы якоря (рис. 5).

Концы секций припаивают к коллектору. Пазы якоря по форме исполнения бывают открытыми или полузакрытыми. Обмотку в пазах закрепляют деревянными или текстолитовыми клиньями (рис. 6) или бандажами. Бандажи выполняют из стальной бандажной проволоки, которую наматывают в один ряд в специальных бандажных канавках на сердечнике якоря после укладки обмотки. Лобовые части обмотки, т. е. части обмоток, не находящиеся в пазах якоря, также крепят при помощи бандажей. В настоящее время широко применяются бандажи из стеклоленты. Обмотку якоря присоединяют к коллектору.

Рис. 3. Конструкция машины постоянного тока 1 – станина; 2 – главный полюс с обмоткой возбуждения; 3 – добавочный полюс с обмоткой; 4 – подшипниковые щиты;

5 – сердечник якоря; 6 – обмотка якоря; 7 – щеточное устройство; 8 – коллектор; 9 – вал; 10 – клеммная коробка

12

Коллектор собирают из отдельных пластин твердотянутой меди. Эти пластины изолируют друг от друга и от корпуса посредством миканитовых прокладок и манжет (рис. 7). Коллекторные пластины в поперечном сечении имеют трапециевидную форму. При помощи нажимного конуса коллекторные пластины закрепляют на стальной втулке. Коллекторные пластины быстроходных машин крепят с помощью бандажных колец, надетых на коллектор. Наружная поверхность коллектора имеет строго цилиндрическую форму. Между коллекторными пластинами фрезеруют пазы на глубину до 1,5 мм, чтобы миканитовые прокладки при износе пластин коллектора не выступали над ними, что вызвало бы вибрацию щеток и их преждевременный износ, а также ухудшило бы коммутацию.

У машин малой мощности концы секций якорной обмотки непосредственно впаивают в коллекторные пластины, а у машин средней и большой мощности припаивают к выступающим частям коллекторных пластин

– петушкам.

Рис. 8. Главный и добавочный полюсы

13

Рис. 9. Катушки главного (а) и дополнительного (б) полюсов

Станина – неподвижная часть машины, к которой крепят главные и добавочные полюсы и при помощи которой машина крепится к фундаменту. Часть станины, служащая для проведения магнитного потока основных и добавочных полюсов, называется ярмом. Станину выполняют из стали с разъемом или без него в зависимости от мощности машины. В нижней части станины находятся лапы для крепления машины к фундаменту. К станине крепят также подшипниковые щиты. В машинах большой мощности применяют выносные подшипники, устанавливаемые в стояках отдельно от станины на фундаментной плите машины.

Главные полюсы служат для создания основного магнитного потока. Магнитное поле в машине постоянного тока создается намагничивающей силой обмоток возбуждения, которые выполняют в виде полюсных катушек 3, надетых на сердечники главных полюсов (рис. 8, а, рис. 9, а).

Сердечники главных полюсов 2 набирают на шпильках из листов электротехнической стали толщиной 0,5÷1 мм. Полюсные наконечники 4 имеют вогнутую форму со скошенными краями для лучшего распределения магнитной индукции в воздушном зазоре. Полюсы крепят к станине при помощи болтов 1.

Обмотку возбуждения главных полюсов изготовляют из изолированной обмоточной меди, наматываемой на каркас. В машинах большой мощности иногда для лучшего охлаждения катушку делят по высоте на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы.

Добавочные полюсы применяют в машинах мощностью свыше 1 кВт для получения удовлетворительной коммутации (рис. 8, б). Добавочный полюс состоит из сердечника 2 и катушки 3 с сечением провода, рассчитанным на рабочий ток машины, так как катушки добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. Сердечник добавочного полюса выполняют сплошным из толстолистовой стали. В отдельных случаях добавочные полюсы и станину выполняют шихтованными из листов электротехнической стали. К станине добавочные полюсы крепят с помощью болтов. Число добавочных полюсов равно числу главных полюсов.

Щеточное устройство служит для электрического соединения внешней цепи с коллектором и состоит из щеточной траверсы с пальцами, щеткодержателей и щеток. Щеточная траверса представляет собой стальное

14

кольцо, которое обычно крепится к подшипниковому щиту. Между щеточной траверсой и пальцами имеется изоляция. На пальцах крепятся щеткодержатели. Число пальцев равно числу главных полюсов в машине. На каждом пальце не менее двух щеткодержателей со щетками.

В настоящее время применяются угольно-графитовые или металлоугольные щетки. Щетка находится в обойме щеткодержателя и прижимается к коллектору нажимным рычагом с силой 1,5÷2,5 Н/см2 (150÷250 гс/см2). Передача тока от щетки к щеткодержателю осуществляется гибким токоведущим канатиком.

Все щеткодержатели одной полярности соединяются между собой сборными шинами.

III. Исполнения и номинальные величины электрических машин

На судах применяются ЭМ морского исполнения, т. е. предназначенные для работы в судовых условиях и удовлетворяющие Правилам Регистра РФ. В настоящее время на судах применяются ЭМ нижеперечисленного исполнения.

1.Защищенные, имеющие защитные сетки, щитки и кожухи, предохраняющие от случайного прикосновения к нагретым, вращающимся или токоведущим частям, а также от попадания внутрь машины посторонних предметов.

2.Брызгонепроницаемые, с защитными приспособлениями против попадания внутрь водяных капель и выдерживающие в течение 5 мин испытание искусственным дождем интенсивностью 5 мм/мин, падающим на оболочку оборудования равномерно, вертикально или под углом 45° к его вертикальной оси.

3.Водозащищенные, имеющие специальные защитные приспособления против попадания внутрь машины воды. Они испытываются обливанием струей воды из брандспойта с диаметром выходного отверстия 25 мм при давлении не менее 2 атм с расстояния 5 м в течение 5 мин.

4.Герметические, у которых корпус плотно закрыт и не допускает проникновения воды внутрь машины при ее погружении в воду. Они испытываются погружением на 30 мин в воду при наружном давлении на корпус не менее 1 атм.

5.Взрывозащищенные, имеющие такое исполнение, которое обеспечивает безопасность применения их во взрывоопасных помещениях.

По способу охлаждения различают:

1.Машины с естественным охлаждением; эти машины не имеют никаких специальных приспособлений для охлаждения;

2.Машины с самовентиляцией; охлаждение таких машин производится вентиляторами и другими приспособлениями, укрепляемыми на валу машины;

3.Обдуваемые машины (с наружной самовентиляцией). Охлаждение их осуществляется обдуванием наружной поверхности двигателя с помощью вентилятора, закрепленного на валу машины, в то время как внутренние части машины закрыты от доступа наружного воздуха;

4.Машины с посторонним охлаждением; они охлаждаются посредством

15

вентиляторов, устанавливаемых вне машины.

Каждая ЭМ должна быть снабжена щитком, на который наносятся следующие данные: завод-изготовитель, тип машины, заводский номер машины, характеристика режима работы, номинальные данные машины, вес и год выпуска.

Выводы обмоток МПТ прежних лет выпуска обозначаются следующим образом: Я1, Я2 – якорь, К1, К2 – компенсационная обмотка, Д1, Д2 – обмотка добавочных полюсов, С1, С2 – последовательная (сериесная) обмотка возбуждения, Ш1, Ш2 – параллельная (шунтовая) обмотка возбуждения, Н1, Н2 – независимая обмотка возбуждения (1 – начало обмотки, 2 – конец обмотки). Для вновь разрабатываемых машин установлены иные обозначения: обмотка якоря А1, А2; обмотка добавочных полюсов В1, В2; компенсационная обмотка С1, С2; сериесная обмотка возбуждения D1, D2; шунтовая обмотка возбуждения Е1, Е2; независимая обмотка возбуждения F1, F2; вспомогательная обмотка по продольной оси Н1, Н2; вспомогательная обмотка по поперечной оси J1, J2.

Номинальным режимом работы ЭМ называется такой режим, при котором завод-изготовитель гарантирует ее нормальную работу в течение всего срока службы. Номинальный режим характеризуется номинальными величинами, которые задаются заводом-изготовителем. Для МПТ на щитке указываются следующие номинальные (паспортные) данные: мощность, напряжение, ток, скорость вращения, ток возбуждения, коэффициент полезного действия.

Помимо основных номинальных величин, указанных на заводском щитке машины, в технических формулярах указывается ряд номинальных величин, также характеризующих нормальную работу машины (номинальный момент, пусковой момент, данные обмоток, характеристика окружающей среды и др.).

Если параметры режима (или хотя бы один из них) значительно отличаются от номинальных, эксплуатация машины оказывается технически и экономически нецелесообразной, а в ряде случаев и невозможной, так как работа при таких условиях зачастую приводит к быстрому выходу из строя электрической машины.

1. Номинальная мощность:

1.1для генераторов постоянного тока – электрическая мощность на зажимах машины, выраженная в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт);

1.2для генераторов переменного тока – полная электрическая мощность на зажимах машины, выраженная в вольтамперах (ВА) или киловольтамперах

(кВа);

1.3для двигателей – полезная механическая мощность, развиваемая на валу электрического двигателя и выраженная в Вт или кВт.

2. Номинальное напряжение – напряжение на зажимах машины, выраженное в вольтах (В) или киловольтах (кВ) и соответствующее номинальному режиму работы генератора или двигателя. Для машин переменного трехфазного тока

16

это междуфазовое (линейное) напряжение.

3.Номинальный ток – ток, соответствующий номинальному режиму работы двигателя.

4.Номинальный коэффициент мощности – коэффициент мощности,

соответствующий номинальному режиму работы машины переменного тока.

5.Номинальный коэффициент полезного действия – отношение полезной

(отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой) мощности при номинальном режиме работы.

6.Номинальная скорость вращения – характеризуется числом оборотов в минуту, которое при номинальном режиме работы машины должно соответствовать данным, указанным на заводском щитке.

7.Номинальный вращающий момент – момент, развиваемый двигателем при номинальной мощности, номинальном числе оборотов и номинальном напряжении, указанных на заводском щитке двигателя.

IV. Якорные обмотки машин постоянного тока 4.1 Общие сведения

Обмотка якоря машины представляет собой совокупность всех проводников, уложенных в пазы якоря, соединенных между собой электрически по определенной схеме и участвующих в наведении э.д.с.

Обмотка якоря состоит из отдельных секций. Секцией называется часть якорной обмотки, заключенная между двумя коллекторными пластинами. Секция обмотки (рис. 10) состоит из одного или нескольких последовательно соединенных витков. Начало и конец секции присоединены к двум коллекторным пластинам. Все секции соединяются между собой последовательно и образуют замкнутую цепь. Часть секции, уложенная в паз и при вращении якоря пересекаемая магнитными силовыми линиями, называется активной стороной секции. Части секции, выступающие за пределы паза, не участвующие в наведении э.д.с. и предназначенные для соединения между собой активных сторон секций, называются лобовыми частями обмотки

(рис.11).

Секции имеют две активные стороны, которые всегда располагаются под разноименными полюсами. Число секций, независимо от схемы соединения обмотки, всегда равно числу коллекторных пластин.

Различают однослойные и двухслойные обмотки якоря машины. В том случае, когда в каждом пазу укладывается лишь одна активная сторона секции, обмотка будет однослойной.

Двухслойная обмотка получается из однослойной. При этом в каждом пазу располагаются две активные стороны двух различных секций: начальная сторона (нечетный проводник) одной секции и конечная сторона (четный проводник) другой секции (рис. 12).

Нечетный проводник всегда лежит в верхнем слое одного паза, а четный

– в нижнем слое другого паза. Такой паз называется элементарным. Двухслойные обмотки позволяют вдвое сократить число пазов якоря. Если в одном пазу укладывается не две, а большее число активных сторон, то такой паз разбивается на ряд элементарных пазов из расчета, что на каждый элементарный паз приходятся две активные стороны двух разных секций. На рис. 13 показаны пазы, состоящие из одного, двух и трех элементарных пазов.

Рис. 12. Укладка секций двухслойной обмотки

Так как каждая секция состоит из двух активных сторон, то один элементарный паз соответствует одной секции. В то же время к каждой коллекторной пластине присоединяется конец одной секции и начало другой секции, последовательно соединенной с первой. Следовательно, на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина или одно коллекторное деление. Отсюда

ZЭ=S=K

где:

ZЭ – число элементарных пазов; S – число секций обмотки;

К– число коллекторных пластин.

Взависимости от схемы соединения между собой секций различают обмотки: 1) простые петлевые или параллельные; 2) простые волновые, или последовательные; 3) сложные петлевые; 4) сложные волновые; 5) комбинированные, или лягушечьи.

18

элементарных пазов (где ZЭ – число всех элементарных пазов). Однако число элементарных пазов может не делиться без остатка на число полюсов 2р. В то же время шаг у1 должен быть целым числом. Поэтому первый шаг обмотки определяют по формуле:

y1 Z2 pЭ b ,

где b – величина, меньшая единицы, суммируемая или вычитаемая из частичного шага для получения шага, выраженного целым числом. При вычитании b получается обмотка с укороченным шагом, так как ширина секции в этом случае несколько меньше полюсного деления.

Обмотка якоря характеризуется также шагом по коллектору yК.

Шагом по коллектору уК называют число пластин, на которое отстоит по окружности коллектора место присоединения конечной стороны секции от места присоединения ее начальной стороны.

В то же время начальный конец последующей секции смещается относительно начала предыдущей секции на уК коллекторных пластин. Результирующий и коллекторный шаги должны строго согласовываться друг с другом.

У простой петлевой обмотки начало и конец каждой секции присоединяются к двум соседним пластинам. Поэтому у этой обмотки

yК=±1

где знак «+» (плюс) или «–» (минус) указывают направление выполнения обмотки. При знаке «+» обмотка выполняется вправо (по часовой стрелке) и называется правоходовой; при знаке «–» обмотка выполняется в левую сторону (против часовой стрелки) и называется левоходовой.

Таким образом, одному результирующему шагу у соответствует шаг по коллектору, равный одной коллекторной пластине. Отсюда результирующий и коллекторный шаги численно равны между собой, т. е.

у=ук=±1

Число коллекторных пластин определяется из отношения

K Z Э Sn ,

2

где Sп – число сторон секций обмотки в пазу, т. е. число выведенных концов секций, присоединяемых к коллекторным пластинам.

Петлевая обмотка называется также параллельной потому, что она образует параллельные ветви по числу полюсов машины.

4.3 Сложно-петлевая обмотка

Такая обмотка получается из нескольких (чаще двух) простых петлевых, уложенных в пазы якоря. Обмотки между собой независимы, и каждая из них замыкается сама на себя. В процессе работы они включаются параллельно друг другу при помощи щеток, которые по своей ширине перекрывают сразу две коллекторные пластины. Такая обмотка имеет вдвое большее (при двукратной обмотке) количество параллельных ветвей, что позволяет получить значительно большую величину тока при сохранении его величины неизменной

20