Главная Движение носителей электрических зарядов



то применяют электродвигатели постоянного тока. Наряду с двигателями находят широкое применение и генераторы постоянного тока. Машины постоянного тока, как двигатели, так и генераторы, используют на транспорте, судах, самолетах, в схемах автоматики (в виде микродвигателей) и т. д. Генераторы постоянного тока применяют для питания двигателей постоянного тока, электролитических ванн, а также в качестве сварочньк генераторов, в схемах автоматического управления в качестве усилителей электрических сигналов управления и тахогенераторов (датчиков частоты вращения) и др.

Основной недостаток машин постоянного тока - это более сложная, дорогая и менее надежная конструкция по сравнению с бесколлектор-ньпущ машинами переменного тока. Коэффициент полезного действия машин постоянного тока зависит от их номинальной мощности, и с ее возрастанием к. п. д. увеличивается. Для микромашин обычно к. п. д. ~60%, для машин мощностью свыше 100 кВт к. п. д. превышает 90%.

Машины постоянного тока, как двигатели, так и генераторы, устроены одинаково (рис. 14.1). Их основными частя!>ли являются стапюр с магнитными полюсами (главными 2 и добавочными 5) и ротор. На главных полюсах статора расположена обмотка возбуждения 5, через которую проходит постоянный ток /в, создающий магнитное поле возбуждения Фв. На роторе расположена обмотка, в которой при его вращении наводится э. д. с, поэтому ротор машины постоянного тока является якорем. Детали машины крепятся на станине 1.

На добавочные полюсы насажены обмотки 6. Главные полюсы изготовляют шихтованными, т. е. набирают из штампованных листов электротехнической стали, что позволяет уменьшить потери, возникающие от вихревых токов. Поверхность основного полюса, обращенная к якорю, расширяется и образует наконечник 4, форма которого подбирается таким образом, чтобы по большей части окружности якоря получался один и тот же воздушный зазор между основными полюсами и сердечником якоря, в результате чего получается одинаковая магнитная индукция по окружности якоря, в результате чего получается одинаковая магнитная индукция по окружности якоря, а в проводниках якоря наводится постоянная э. д. с. Дополнительные полюсы устанавливают в машинах мощностью свыше 1 кВт. Их располагают между основными полюсами по линии геометрической нейтрали. С помощью добавочных полюсов уменьшают искрение под щетками. Дополнительные полюсы выполняются массивными, т. е. из монолитного куска кованой стали, или шихтованными. Так как обмотки добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря, то они имеют, как правило, небольшое число витков относительно большого сечения, что необходимо


Рис. 14.1



для уменьшения активного сопротивления. Между полюсами на валу машины 7 вращается барабанный якорь 8, представляющий собой цилиндр, обычно набранный из листов электротехнической стали (для уменьшения потерь мощности от гистерезиса и вихревых токов). Вдоль внешней поверхности цилиндра якоря имеются пазы, в которые укладываются проводники обмотки якоря 9. Вьшоды обмоткв; якоря соединены с коллектором 11, который закреплен на валу. К коллектору с помощью пружин прижимаются щетки 10, которые расположены в щеткодержателях, способных смещать щетки на некоторый зтол по окружности относительно основных полюсов. Щетки, применяемые в машинах постоянного тока, бьшают графитными, угольно-графигными или медно-графигными.

С помощью коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря машины соединяется с внешней электрической цепью. Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе с щетками, скользящими по его поверхности, представляют собой механический выпрямитель, т. е. они служат для преобразования переменного тока проводников обмотки якоря генератора в постоянный. В двигательном режиме с помощью коллектора и щеток осуществляется обратное преобразование, т. е. коллектор с щетками можно рассматривать в качестве преобразователя частоты, связывающего сеть постоянного тока с обмоткой якоря, через которую проходит переменный ток.

Коллектор (рис. 14.2) собирают из отдельных медных пластин 8 трапецеидального сечения (ламелей), изолированных друг от друга прокладками из твердого миканита. После сборки с помощью нажимного фланца 6, «ласточкина хвоста» 7 и шпильки 5 пластины коллектора закрепляются на стальной втулке 3, от которой они изолируются специальными манжетами 2 из формовочного миканита. Стальная втулка насаживается на вал 4. Коллектор должен иметь строго цилиндрическую форму, причем миканитовые прокладки между его пластинами при срабатывании коллектора не должны выступать над пластинами, так как это будет вызывать вибрацию щетки. Поэтому прокладки





между пластинами коллектора профрезеровывают на 0,8 - 1,5 мм ниже поверхности коллектора. Секции обмотки якоря впаиваются в прорези, имеющиеся в выступающей части коллекторных пластин 1 и называемые «петушками». Щетки изготовляют в виде прямоугольных брусков 4 (рис. 14.3), помещенных в обойму 3 щеткодержателя. Для соединения коллектора с внешней цепью щетки прижимаются к поверхности коллектора пружинами 2 и имеют щеточные канатики 1. При вращении якоря щетки не меняют своего положения по отношению к полюсам машины за счет неизменного положения щеткодержателей. Щеткодержатели крепят к траверсе, которая, в свою очередь, связана со станиной или подшипниковым щитом. Траверсу можно поворачивать и, следовательно, изменять положение щеток по отношению к полюсам машины.

§ 14.2. Пршщип действия машин nocToamsoro тока

Принцип действия генераторов постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции. Если якорь вращать первичным двигателем по часовой стрелке (см. рис. 14.1), то во всех его проводниках, находящихся в рассматриваемый момент времени в зоне северного полюса, индуцируются э. д. с, направленные, согласно правилу правой руки, от наблюдателя, а в проводниках, находящихся в зоне южного полюса, - направленные к наблюдателю. Следовательно, при заданном направлении вращения якоря направление наведенных э. д. с. в проводниках зависит от того, под каким полюсом находится в данный момент проводник, причем в проводниках, расположенных выше геометрической нейтрали (линии, перпендикулярной оси полюсов), э. д. с. всегда направлена в одну сторону, а в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, - в противоположную сторону. Так как машина устроена симметрично, то количество проводников, находящихся под каждым полюсом, будет постоянным, а значит, и суммарная э. д. с, наводимая в них и приходящаяся на один полюс, также постоянна по полярности и примерно одинаковая по значению. Проводники якоря, находящиеся на линии геометрической нейтрали, не пересекают линий магнитного поля, а скользят вдоль них, поэтому э. д. с. в них равна нулю.

Магнитный поток главных полюсов, проходящий через сердечник якоря, распределяется в зависимости от магнитного сопротивления на его пути. Для того чтобы магнитная индукция распределялась по полюсам более равномерно и охватывала большую часть поверхности якоря, полюсы машины снабжают полюсными наконечниками (рис. 14.4, а). Кривая распределения индукции рис. 14.4,6 близка к трапецеидальной и может быть изменена в некоторых пределах за счет изменения ширины полюсного наконечника и размера воздушного зазора 5 между наконечником и якорем. При вращении в каждом проводнике якоря наводится периодическая э. д. с, период которой равен времени движения проводника вдоль двух соседних полюсных делений т = nD/(2p), где D - диаметр якоря; р - число пар полюсов. Например,



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 [85] 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0082