Лекция 24 машины постоянного тока
Общие сведения
Электрические машины постоянного тока по своему назначению делятся на генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую при постоянном напряжении (источники электрической энергии) и двигатели, преобразующие электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию. Механическая энергия используется для приведения во вращение исполнительных механизмов (станок, лебедка, и т.д.).
Электрические машины подразделяются на следующие группы по мощности:
– микромашины, мощностью от долей ватта до 500 Вт;
– машины малой мощности – 0,5…10 кВт;
– машины средней мощности – от 10 до нескольких сотен кВт;
– машины большой мощности – свыше нескольких сотен кВт.
Большое применение находят машины постоянного тока иощность до 200 кВт на напряжение 110…440 В с частотой вращения 550…2870 об/мин. Микромашины имеют частоты вращения от нескольких оборотов до 30 000 об/мин.
Двигатели постоянного тока (ДПТ) допускают плавное регулирование частоты вращения и способны развивать большой пусковой момент, благодаря чему они нашли широкое применение на электротранспорте и для привода технологического оборудования.
Генераторы постоянного тока (ГПТ) используются для питания электролизных и гальванических ванн, электроснабжения потребителей на транспорте (автомобилях, судах, самолетах, электровозах). Машины постоянного тока применяются в системах автоматики для привода механизмов и в качестве датчиков частоты вращения. Серьезным недостатком машин постоянного тока является наличие щеточно-коллекторного узла, требующего ухода и снижающего надежность работы.
24.2. Устройство машин постоянного тока.
Неподвижная часть машины (статор) (рис.24.1) содержит полый стальной цилиндр (станину) 1, внутри которого укреплены четыре основных полюса 2. Эти полюсы имеют обмотки, включенные последовательно и образующие обмотку возбуждения 3. Она питается постоянным током возбуждения Iв, который создает магнитное поле возбуждения. Внутри статора находится ротор (якорь), собранный из тонких дисков стали 8. К торцам станины крепят щиты с подшипниками, в которые установлен вал ротора.
 . Рис.24.1. Конструкция машины постоянного тока |
Внутри статора находится ротор (якорь) (рис.24.2), собранный из тонких дисков стали 8. К торцам станины крепят щиты с подшипниками, в которые установлен вал ротора.
В пазах якоря уложена обмотка. По конструкции она бывает петлевой и волновой. Ток подается в якорную обмотку (ДПТ) или снимается напряжение с якорной обмотки (ГПТ) через коллектор 5 со щетками. Коллектор – цилиндр, на поверхности которого укреплены медные, изолированные друг от друга пластины (ламели). К пластинам примыкают подпружиненные щетки 6. На корпусе имеется коробка с зажимами, к которым подводятся концы обмотки возбуждения и контактных жгутиков от щеток.
 Рис.24.2. Конструкция ротора (якоря) |
Силовые линии неподвижного поля возбуждения идут от северного полюса через якорь к соседним южным полюсам. Основные полюсы имеют полюсные наконечники 7, обеспечивающие неизменность магнитной индукции вдоль зазора. Для уменьшения искрения под щетками на статоре между основными полюсами устанавливают узкие добавочные полюсы 4 (в ДПТ c P > 1 кВт). Их обмотка (не показана) содержит небольшое число витков и включается последовательно с обмоткой якоря.
Петлевая обмотка состоит из отдельных секций. Активные проводники двух сторон секции (П1 и П2) помещают в разные пазы якоря так, чтобы они оказались под разноименными полюсами (на расстоянии полюсного деления τ, где τ – длина дуги окружности якоря между осями соседних полюсов). При этом ЭДС, наводимые в двух сторонах секции, будут суммироваться. Начал
о и конец секции припаивают к соседним ламелям коллектора. Начало стороны следующей секции объединяется с концом предыдущей (на рис. показаны только две секции).
Плоскость, проходящая посредине между соседними полюсами через ось якоря, образует геометрическую нейтраль ГН (на рис.24.1 их две). Щетки располагают так, чтобы в момент закорачивания ими соседних ламелей секция, подключенная к этим ламелям, проходила через ГН. Это устраняет искрение в режиме холостого хода ГПТ.