21. Устройство машин постоянного тока.

Рис 25 Машина постоянного тока

1 — станина. 2, 3 — главные и добавочные полюсы. 4 — вентилятор 5 —якорь. 6 — коллек­тор. 7 —угольные щетки. 8 — щеткодержатели; 9 —траверса

Основными частями ма­шины являются неподвижная станина с электромагнитными полю­сами и вращающийся якорь (рис 25). Станина представляет собой короткий полый цилиндр, изготовленный из прокатной или литой стали. На внутренней поверхности станины крепятся главные и до­бавочные полюсы. Главные полюсы, предназначенные для созда­ния основного потока в машине, состоят из сердечника и катушки возбуждения. Со стороны якоря сердечник полюса заканчивается полюсным наконечником. Сердечник полюса собирают на заклеп­ках из листовой стали толщиной 0,5—1 мм. Катушки возбуждения выполняют из круглой медной проволоки или медных шин, намо­танных и закрепленных на специальном каркасе. Катушки всех полюсов соединяют обычно последовательно. Мощность, затрачи­ваемая на возбуждение, составляет около 0,5—3% номинальной мощности машины.

Добавочные полюсы, ослабляющие искрение под щетками, ус-чанавливают между главными полюсами. Сердечники добавочных полюсов изготовляют из стальной поковки. Катушки добавочных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря по опреде­ленной схеме.

Вращающаяся часть машины —якорь — представляет собой цилиндрический сердечник, набранный из дисков листовой электро-технической стали толщиной 0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов диски покрывают изоляционным лаком. Сердечник якоря жестко насажен на стальной вал. По окружности сердечники имеются пазы для укладки обмотки. Обмотка надежно изолируется от сердечника пазовой изоляцией и крепится в пазах с по­мощью клиньев, изготовленных из прочного изоляционного матери­ала, и бандажа из стальной проволоки. Обмотку якоря выполняют по определенной схеме и соединяют с коллекторными пластинами пайкой.

На одном валу с сердечником якоря напрессован коллектор, вы­полненный из медных клиновидных пластин, изолированных одна от другой и от вала якоря миканитом. По коллекторным пласти­нам вращающегося якоря скользят угольные щетки, закрепленные на щеткодержателях траверсы.

На вал якоря со стороны, противоположной коллектору, наса­жен вентилятор для охлаждения токоведущих частей машины.

Концы вала якоря укреплены в подшипниках, вмонтированных в подшипниковые щиты.

22. Принцип действия машин постоянного тока.

Режим генератора тока. Рассмотрим принцип действия генератора по­стоянного тока (рис. 16 а). Здесь постоянный магнит N—Sпредставляет собой статор с вектором магнитной индукции 5, рамка abсd— якорь, а два полуколь­ца К₁ и К₂ - коллекторы, Щ₁ и Щ₂ - щетки.

В основе работы генератора лежит закон электромагнитной индукции. При вращении рамки abed в магнитном поле постоянного магнита в ней будет индуцироваться переменная ЭДС, изменяющаяся по синусоидально­му закону.

Когда плоскость витка совпадает с плоскостью осевой линии полюсов (виток расположен вертикально), то проводники ab и cd пересекают макси­мальный магнитный поток и в них индуцируется максимальная ЭДС. При гори­зонтальном положении витка ЭДС в проводниках равна нулю.

Направление индуцированной ЭДС определяется по правилу правой руки. При переходе витка под другой полюс направление ЭДС в нем меняется на обратное. Но так как вместе с витком вращается и коллектор, то на верхней щетке, находящейся под северным полюсом, всегда будет один и тот же знак ЭДС. В результате полярность щеток остается неизменной. Если же полукольца заменить кольцами, то щетками с них мы будем снимать синусоидальное на­пряжение при вращении якоря.

Несмотря на то, что знак ЭДС не изменяется, по величине она достигает (некоторого максимального значения и снижается до нуля (рис. 16,б).ЭДС с такой пульсацией непригодна для большинства приемников. Поэтому для умень­шения пульсаций обмотку якоря выполняют из большого числа витков (кату­шек), а коллектор - из большого числа коллекторных пластин. На(рис. 16,б).показана ЭДС при вращении одного витка при двух коллекторных пластинах; если витковт, то пластин2т. Прит = 16пульсация уже практически незаметна.

Рис. 16. Модель генератора постоянного тока: а - схема устройства; б- графики ЭДС в якоре и во внешней цени

Таким образом, коллектор представляет собой механический выпрямитель, пре­образующий переменную ЭДС в постоянную.

Если к щеткам якоря подсоединить нагрузку, то по цепи пойдет ток. С появлением тока в проводниках обмотки якоря, находящихся в магнитном поле, действует электромагнитная сила. Направление электромагнитной силы можно определить по правилу левой руки. Оказывается, направление электро­магнитных сил противоположно направлению вращения якоря, т. е. создает противодействие. Таким образом, чтобы машина работала в режиме генерато­ра, необходимо преодолевать тормозной электромагнитный момент. Напряже­ние на зажимах генератора меньше ЭДС Е на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря:

 U = E − r_Я I_Я (1)

Уравнение (1) называют уравнением электрического состояния генератора

Режим двигателя. Подадим на зажимы этой же машины напряжение от внешнего источника. В цепи якоря потечет ток. Работа двигателя основана на принципе движения проводника с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует элект­рическая cила F. Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Если момент, развиваемый машиной, больше момента сопротивления якоря, то якорь машины начнет вращаться, совершая механическую работу. Чем боль­ше потребляемый ток от внешнего источника, тем больше развиваемый ма­шиной момент. Таким образом, чтобы преодолеть сопротивление механичес­кой нагрузки на валу, двигатель должен потреблять электроэнергию от внеш­него источника.

Рис. 17. Схема замещения, поясняющая принцип работы двигателя постоянного тока

Составим схему замещения (рис.17). Ток под действием напряжения от внешнего источника проходит по проводникам якоря. В якоре, вращающемся в магнитном поле, наводится ЭДС. Направление этой ЭДС определяется по правилу правой руки. Сравнивая направление тока и ЭДС, видим, что ЭДС направлена встречно току, поэтому часто она называется противо-ЭДС. Таким образом, приложенное к зажимам яко­ря двигателя напряжение равно сумме противо-ЭДС и падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря: U = E + r_Я I_Я(2)

Из рассмотренного видно, что одна и та же машина постоянного тока может работать как генератором, так и двига­телем. Это свойство электрических ма­шин называется обратимостью.