Машины Постоянного Тока: Все, Что Вы Хотели о Них Знать

Особенности двигателей постоянного тока

Промышленная машина постоянного тока

Двигатели постоянного тока имеют явное преимущество перед своими аналогами переменного тока. Эти агрегаты могут плавно и точно регулировать скорость вращения, иметь высокую скорость, а также иметь большие перегрузки и пусковые моменты.

Сегодня они в основном используются в следующих секторах:

• В металлорежущих станках, роботах, манипуляторах, подъемных механизмах, прокатных станах (электроприводы для силового и главного движения);
• В тяговых приводах мощных транспортных средств, таких как: тракторы, троллейбусы, трамваи, электровозы;

Автомобиль постоянного тока — двигатель троллейбуса

• В мощных снегоочистителях;
• В качестве исполнительных элементов автоматизированных систем управления и др.

Как устроены машины, работающие на постоянном токе

Электрические машины на постоянном токе — это обратимые устройства, то есть при определенном подключении они могут использоваться как двигатель, так и как генератор тока.

Устройство машины постоянного тока — выключатель генератора

На изображении выше показана классическая конструкция такой машины:

1. Коллектор представляет собой металлический скользящий контакт, через который ротор подключается к внешним электрическим цепям;
2. Щетки (обычно графитовые или медно-графитовые) — аналог скользящего контакта, который постоянно трется о коллектор при вращении ротора;

Коммутация в машинах постоянного тока

1. Ротор (якорь) — подвижная часть агрегата. Когда он вращается, начинается процесс электромагнитной индукции.
2. Главные столбы;
3. Катушка возбуждения;

Совет! Пункты 4 и 5 являются частями статора: неподвижной электрической частью машины, которая может выступать в качестве мощного электромагнита (режим двигателя) или индуцирующей напряжение обмотки (режим генератора).

1. Кровать — корпус агрегата;
2. Боковая крышка, закрывающая крыльчатку охлаждения и являющаяся опорой подшипников качения, на которых вращается ротор;
3. Вентилятор — предназначен для охлаждения машины во время ее работы.

Интересно знать! Ни один двигатель не может преобразовывать энергию без потерь: часть ее всегда уходит в тепло.

Коллекторные машины постоянного тока

1. Передние части обмотки статора.

Кроме того, конструкция имеет центральный вал вращения, который почему-то не обозначен на схеме, а иногда лапы представляют собой кольца, с помощью которых агрегат можно закрепить, например, на столе.

Устройство и принцип работы машин постоянного тока — статор

• Итак, основными рабочими частями машин постоянного тока являются ротор, который здесь чаще всего называют якорем, и статор. Эта часть конструкции называется внутренней электрической. Также имеется внешняя электрическая часть, с помощью которой осуществляется управление двигателем, а также подключаются внешние электрические сети.

Устройство машины постоянного тока — якорь расположен на валу

Остальные элементы относятся к механической части.

• Рама машины постоянного тока изготавливается из прочного металла, обычно из конструкционной стали.
• Полюса основного и дополнительного статора закреплены с внутренней стороны рамы. Сердечники основных опор изготовлены из стальных листов. Что касается дополнительных столбов, то они в основном массивные.
• Обмотка возбуждения расположена на главных полюсах — их МДС формируют рабочий поток. Обмотки вспомогательных полюсов обеспечивают нормальное переключение.

Ток переключения в машинах постоянного тока

• Вращающийся магнитопровод заряжен специальной электромагнитной сталью.

Сам якорь имеет следующую структуру:

Устройство и принцип работы машины постоянного тока — якорь в разрезе

• Якорь имеет стержень. Которая, как уже было сказано, набирается из стальных пластин толщиной 0,35-0,5 мм. Пластины изолированы друг от друга тонким слоем краски или оксидной пленки для минимизации потерь на вихревые токи.
• На внешней стороне сердечника имеются канавки, показанные в увеличенном виде на схеме выше. Эти пазы подходят для обмотки якоря, состоящей из специального медного обмоточного провода, покрытого слоем изоляционной краски.
• Проволока может быть круглой или прямоугольной.
• Обмотка внутри паза надежно фиксируется бандажами или клиньями из стальной проволоки.
• Передняя обмотка, выступающая за концы сердечника, брони фиксируется только бандажами.
• Вся обмотка разделена на отдельные секции, изолированные друг от друга. Каждый из них соединен в определенной последовательности с медными пластинами коллектора, к которым, как мы помним, пружинами прижимаются щетки.

Интересно знать! Контакт между коммутатором и щетками устроен таким образом, что концы обмотки никогда не могут быть замкнуты накоротко.

На этом фото хорошо видно, как концы обмоточных проводов входят в пластины коллектора

• В целом коллектор — довольно простая, но многофункциональная деталь таких машин, предназначенная для выпрямления тока.
• он состоит из пластин коллектора, также называемых ламелями.
• Пластины изолированы друг от друга и от креплений специальными манжетами и прокладками.
• Прижимные фланцы вытягиваются с концов пластины.
• Коллектор должен иметь строго цилиндрическую форму, поэтому его аккуратно поджигают на специальном оборудовании — так же их можно восстановить после коротких замыканий.

Пойдем дальше: на очереди щеточный аппарат:

Кисти в отличном состоянии

• Он состоит из траверсы щеткодержателя и щеткодержателя со щетками.
• Держатель щетки имеет держатель, в котором находится сама щетка. Под щеткой находится пружина, которая толкает ее наружу, а затем прижимает к пластинам коллектора.
• От щеток выходят стержни, которые соединяют их с контактами машины.

При вращении ротора между щетками и коммутатором возникают искры. Если он будет слишком сильным, возможен и дуговый разряд, что приведет к короткому замыканию и выходу агрегата из строя. Чтобы этого не происходило, используются дополнительные полюса обмотки.

На корпусе машины имеются клеммы для подключения внешних цепей, а также паспортные данные.

Классификация машин постоянного тока

Какие бывают генераторы постоянного тока

Способы возбуждения машин постоянного тока и включения основных полюсов делят машины на несколько типов.

Различают следующие варианты:

• Блок с независимым возбуждением — электрическая цепь, образованная обмоткой возбуждения, не имеет ничего общего с цепью питания ротора. Этот вариант практически единственный для генераторов постоянного тока.
• Машины с параллельным возбуждением: цепь якоря и обмотка возбуждения соединены параллельно.
• Варианты с последовательным возбуждением — нетрудно понять, что обмотки соединены последовательно — метод применяется на практике очень редко.
• Машины со смешанным возбуждением: агрегаты имеют две обмотки возбуждения, одна из которых подключена к цепи ротора последовательно, а другая — параллельно.

Принцип работы на примере двигателя постоянного тока

Принцип работы машины постоянного тока

Давайте посмотрим, как работает двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.

• Затем на цепь обмотки возбуждения подается напряжение (U) — источник вырабатывает постоянный ток.
• Напряжение вызывает движение тока (Iv), который создает постоянную силу намагничивания (IwWv), которая, в свою очередь, приводит к состоянию возбуждения магнитного потока (F), которое является основным. Его направление зависит от направления тока в обмотке.
• В то же время через цепь якоря проходит ток (Iya), создавая собственное магнитное поле.
• Щетки, прижимающиеся к коллектору, разделяют обмотку якоря на параллельные ветви.
• Обмотка расположена в якоре таким образом, что ее проводники, находящиеся в активном состоянии, находятся в противолежащих поясах. В этом случае направление токов будет одинаковым, что неудивительно.
• В этот момент начинается взаимодействие электромагнитных сил, в результате чего электромагнитный момент начинает вращать якорь.

Изменение ЭДС с течением времени при вращении якоря

• При вращении якоря проводники в его обмотке проходят через основной магнитный поток, в результате чего в них образуется ЭДС по закону электромагнитной индукции. Направление ЭДС определяется знакомым нам по школьникам правилом правой руки: положите правую руку так, чтобы магнитные линии вошли в ладонь, тогда большой палец покажет, куда движется проводник, а остальные 4 — направление движения направление ЭДС.
• известно, что наибольшее значение ЭДС получается, когда активная обмотка проходит непосредственно возле магнитных полюсов. Затем он уменьшается, и поэтому ток меняет направление, при условии, что цепь не размыкается.
• Если предположить, что обмотка якоря устроена таким образом, такая машина будет работать крайне неэффективно. Поэтому в якорях машин постоянного тока реализован принцип изменения активных участков обмотки, происходящий при вращении. В любой момент времени задействованы те участки, где значение ЭДС является самым высоким.
• ЭДС создает собственное магнитное поле, называемое поперечным, так как оно перпендикулярно основному. Когда поля взаимодействуют, результирующий поток искажается.
• Разница в расходе задает рабочие параметры машины.

Металлы для производства станины и их основные свойства

Из какого материала изготовлены верстаки станка? Традиционно металлы и их сплавы служили основными материалами для изготовления кроватей для различного оборудования.

В 17-20 вв. Наибольшей популярностью пользовался чугун. Сегодня она сохраняет свои лидирующие позиции, но постепенно отступает под натиском различных видов стали, сплавов легких металлов, пластмасс и композитов.

Учитывая общую тенденцию снижения веса и габаритов оборудования и повышения его эффективности, широкие перспективы открываются перед прогрессивными материалами.

Поддоны для легких и средних станков заменяются более быстрыми темпами. Для тяжелой техники значительная часть функций грядок переносится на железобетонный фундамент, армированный современными материалами.

Однако для высоконагруженных станков и производственных предприятий, таких как прокатные станы, тяжелые прессы, кузнечные машины и стальное оборудование, специальные виды чугуна все еще вне конкуренции.

Его уникальная способность выдерживать высокие статические нагрузки, высокая прочность направляющих и устойчивость к коррозии выгодно отличает чугун от конкурирующих материалов. Сплавы чугуна с шаровидным графитом, модифицированные добавками церия, имеют те же рабочие характеристики, что и сталь, и значительно дешевле в производстве.

Для чего служат щетки в машинах постоянного тока?

Скользящие контакты (щетки) используются для подключения коллектора к клеммам машины и к внешней цепи. Коллектор в электрических машинах играет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока в проводниках вращающегося якоря (в двигателях).

Устройство машины постоянного тока

Электротехническая промышленность выпускает электрические машины постоянного тока широкого диапазона мощности и конструкции, поэтому, несмотря на некоторые различия в конструкции отдельных узлов и сборочных деталей, устройство их одинаковое. Основным типом машины постоянного тока является тип коллектора, отличительной чертой которого является наличие коллектора на валу якоря машины. На статоре машины, помимо основных полюсов с обмоткой возбуждения, имеются дополнительные полюса.
Электрическая машина постоянного тока (рис. 1) состоит из статора, якоря, коллектора, щеточного аппарата и клеммных щитков.

Рис. 1. Устройство электромобиля постоянного тока:
1 — коллектор, 2 — щетки, 3, 9 — сердечник и обмотка якоря, 4 — главный полюс, 5 — катушка возбуждения, 6 — корпус (корпус), 7 — торцевой щиток, 8 — вентилятор, 10 — вал

Статор состоит из рамы 6, основных полюсов 4 и дополнительных полюсов (на рисунке не показаны) с соответствующими обмотками. Основание используется для крепления полюсов и торцевых экранов и является частью магнитной цепи, так как магнитный поток машины замыкается через нее. Поэтому станина изготавливается из стали, материала с достаточной механической прочностью и высокой магнитной проницаемостью. Отверстия для крепления столбов расположены по окружности кровати.

а)

б)

Основные стойки (рис. 2) выполнены из штампованных стальных листов толщиной 1 или 2 мм, а дополнительные стойки — сплошными или даже с покрытием. Стальные листы сердечника 2 полюсов прижимаются и фиксируются заклепками 4, головки которых утоплены в прижимные щечки 5, установленные на концах каждой стойки. Покрывать можно только концы основных полюсов, поскольку при вращении якоря шестерни из-за пульсации магнитного потока в воздушном зазоре возникают вихревые токи и потери мощности. Однако, исходя из технологического удобства изготовления столбов, их обычно делают облицованными.
Стойки крепятся к каркасу болтами: резьба под болты выполняется непосредственно в пластинчатом сердечнике 2 полюса (рис. 2, а) или в цельных стальных стержнях 6 (рис. 2, б), вставленных в пробитые отверстия полюса.
Магнитное поле в машине создается за счет намагничивающей силы обмотки возбуждения, выполненной в виде полярных катушек, размещенных на сердечниках основных полюсов. Для уменьшения образования искр под щетками и предотвращения возгорания пластин коллектора и образования «кругового огня» на его поверхности машина оснащена дополнительными полюсами с установленными на их сердечниках катушками. Дополнительные стойки ставятся между основными стойками и прикручиваются к станине.
Обмотки основного и дополнительного полюсов (рис. 3, а, б) выполняются из изолированной медной проволоки круглого или прямоугольного сечения.

Рис. 3. Обмотки полюсов: а — основная, б — дополнительная;
1 — катушка обмотки, 2, 4 — жилы основного и дополнительного полюсов, 3 — опорный уголок, 5 — обмотка дополнительной
поли

Обмотки дополнительных полюсов включены последовательно с обмоткой якоря, поэтому сечение их проводов рассчитано на рабочий ток машины.
В некоторых мощных машинах постоянного тока обмотка полюса состоит из нескольких секций с установленными между ними дистанционными шайбами ​​из изоляционных материалов, образующих вентиляционные каналы.
Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря собирается из штампованных листов электротехнической стали (рис. 4) с нанесенными на них вырезами определенной формы, образующими в собранном сердечнике пазы для хранения внутри них обмотки якоря. Средние листы обычно изолируются с обеих сторон тонкой пленкой краски, но они также могут быть окислены. Листы, собранные в общую пачку, образуют сердечник, закрепленный на валу якоря и закрепленный на нем с помощью нажимных шайб. Такая конструкция позволяет снизить потери энергии в сердечнике от действия вихревых токов, возникающих в результате инверсии его намагниченности при вращении якоря в магнитном поле. Для лучшего охлаждения машины сердечники якоря обычно имеют вентиляционные каналы для охлаждающего воздуха.
Сердечник, в пазы которого закладывается секция обмотки якоря, показан на рис.5.

Рис. 4. Стальной лист сердечника брони: 1 — полюс, 2 — изоляция, 3 — паз

Рис. 5. Положение обмотки анкеры в пазах сердечника

Обмотка якоря состоит из медных проводов круглого или прямоугольного сечения и состоит из заранее подготовленных участков, концы которых приварены к барашковым гайкам пластин коллектора. Обмотка выполнена в два слоя: две стороны разных катушек якоря размещены в каждой канавке, одна поверх другой. Чтобы прочно закрепить провода обмотки якоря в пазах, используйте клинья из дерева, гетинакса или текстолита. Деревянные клинья, широко применяемые в электродвигателях старых моделей, не обеспечивают надежного закрепления обмотки в пазах сердечника, так как при сушке они настолько уменьшаются, что могут выпасть из паза. В некоторых моделях машин пазы не расклинивают, а обмотку фиксируют бандажом.
Бинт изготовлен из немагнитной стальной проволоки, намотанной с предварительным натяжением. Передние части обмотки якоря также крепятся к опоре обмотки с помощью ленты. В современных машинах для крепления анкеров используется стеклянная лента.
Коллектор машины постоянного тока собран из клиновидных пластин холоднокатаной меди, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками коллектора. На нижних (узких) краях пластин имеются выемки «ласточкин хвост» для крепления медных пластин и миканитовой изоляции.

Рис. 6. Коллекторы электрооборудования постоянного тока:
а — на пластике, б — с прижимными конусами;
1.6 — плиты коллектора, 2 — пластик, 3 — втулка, 4, 7 — напорные конусы, 5 — изоляционная втулка, 8 — крепежный винт

По способу крепления комплекта медных и миканитовых пластин различают коллекторы на пластиковых (рис. 6, а) и со стальными напорными конусами и втулкой (рис. 6, б). Коллекторы фиксируются прижимными конусами двумя способами: в одном из них усилие зажима передается только на внутреннюю поверхность «ласточкин хвост», а в другом — на «ласточкин хвост» и конец пластины, а пластины фиксируются вертлюгом.
Коллекторы с первым способом крепления называются арочными, а второй — клиновым. Чаще всего используются дуговые коллекторы, поскольку при уменьшении давления между их пластинами из-за усадки миканитовой изоляции между пластинами эти коллекторы могут находиться под давлением, тем самым восстанавливая необходимое сжатие пластин и сопротивление коллекторов.
Щеточный аппарат (рис. 7) состоит из крестовины, щеточных пальцев и щеткодержателей.

Рис. 7. Постоянная электрическая машина для чистки щеток
текущий:
а — траверс, б, в — радиальный щеткодержатель, г — реактивный щеткодержатель;
1 — пальцы (скобы), 2 — рычаг, 3, 8, 15 — пружины, 4 — корпус, 5, 11 — щетки, 6 — зажимы, 7 — наконечник фарфоровый, 9 — фиксатор, 10 — штифты, 12 — зажимы настенные, 13 — трещотка,
14 — кольцо пружины

Перекладина (рис.7, а) служит для крепления щеткодержателей к ее щеточным пальцам
(Рис.7, б, в, г), создавая необходимую электрическую цепь. Щеткодержатель состоит из опоры и прижимного устройства, которое обеспечивает прилегание щетки к коллектору с необходимой силой. Давление (0,02-0,04 МПа) на щетке необходимо отрегулировать так, чтобы между щеткой и коллектором был плотный и надежный контакт.
В машинах постоянного тока используются два типа щеткодержателей: радиальные, в которых ось щеток совпадает с продолжением радиуса коллектора (рис.7, б, в), и реактивные, в которых ось щетки щетки расположены под углом к ​​продолжению радиуса коллектора в направлении его вращения (рис. 7, г).

Кисть (рис. 8) представляет собой прямоугольный стержень, составленный из составов на основе графита. Он снабжен гибким медным кабелем 1, один конец которого усилен щеткой, а другой, свободный, снабжен наконечником 2 для подключения к щеточному аппарату. Все щеткодержатели одинаковой полярности соединены между собой шинами, подключенными к клеммам машины.
Щетки, используемые в машинах постоянного тока, имеют маркировку с указанием их состава и физических свойств. Щетки, используемые в общепромышленных машинах, делятся на три основные группы: графит, угольный графит и медный графит. Для нормальной работы и продления срока службы коллектора для каждой машины следует использовать только щетки той марки, которая указана производителем, с учетом мощности, конструкции, условий эксплуатации и электрических характеристик машины.
Подшипниковые щиты электрических машин служат соединительными деталями между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.
В электрических машинах постоянного тока используются различные клеммные заглушки, отличающиеся друг от друга формой, размером и материалом, из которого они изготовлены. Однако, несмотря на большое разнообразие конструкций подшипников, щиты можно разделить по назначению на два основных типа: обычные и фланцевые для установки и крепления непосредственно к приводу.
В некоторых случаях электрические машины постоянного тока могут иметь комбинированную систему крепления, то есть раму с ножками для установки и закрепления на опорной конструкции и одновременно фланцевую опору; щит для монтажа на привод.
Несущие щиты электрических машин постоянного тока изготавливают методом литья (в основном из стали, реже из чугуна и алюминиевых сплавов), а также сварки или штамповки. В центре щита находится отверстие под подшипник, в которое устанавливается шариковый или роликовый подшипник. Подшипники скольжения иногда используются в мощных машинах постоянного тока.

Почему станину делают из стали – Почему станину машины пост тока выпускают из толстой листовой стали а сердечник якоря из тонких отдельных пластин?

Рабочие моменты

Давайте посмотрим на некоторые особенности и характеристики машин постоянного тока.

Пуск и режим реверса

Регулятор скорости подключен к электродвигателю

К моменту запуска двигателя якорь находится в неподвижном положении, а это значит, что ЭДС внутри него равна нулю. Из-за того, что сопротивление обмотки якоря очень мало, пусковой ток якоря намного выше номинального. Если представить себе такой запуск двигателя, то он точно выйдет из строя.

• Чтобы этого не произошло, пусковой ток в двигателях постоянного тока с параллельным возбуждением ограничен за счет пускового реостата, включенного в схему.
• В этом случае пуск должен производиться при номинальном значении магнитного потока, за счет чего увеличивается пусковой момент и быстро растет ЭДС в обмотке якоря. В результате двигатель ускоряется быстрее, и время прохождения большого пускового тока через обмотку сокращается.
• По окончании разгона двигателя реостат выводится из контура постепенно или постепенно.
• Чтобы выключить двигатель, просто выключите его.
• Для любого электродвигателя существует реверсивный режим вращения — реверс. Для этого достаточно изменить направление тока в обмотке якоря или в обмотке статора.

Интересно знать! Одновременное изменение направления токов ни к чему не приведет, мотор продолжит вращаться в том же направлении.

Потери мощности и КПД

Даже самый технически совершенный двигатель постоянного тока не может работать без потери мощности

Любой двигатель или генератор постоянного тока работает с потерей мощности. Они делятся на два типа: основные и дополнительные.

• К первым относятся магнитные, электрические и механические.
• Магнитные потери, возникающие в стали, обозначаются ΔPc. Они возникают из-за того, что при вращении сердечник на якоре постоянно перемагничивается, поэтому возникают потери из-за гистерезиса и вихревых токов.
• Электрические потери (ΔRel) возникают из-за активного сопротивления обмоток, а также сопротивления щеточного контакта, т.е это значение представлено как сумма указанных потерь.
• Механические (ΔРмех) включают потери на трение в подшипниках, трение щетки о коллектор, трение вращающейся арматуры о воздух (а такое бывает) и потери на вентиляцию.
• Все остальные потери называются дополнительными и связаны в основном с взаимодействием различных частей агрегата с магнитным полем.

Без нагрузки потери незначительны

Интересно знать! Потери мощности во время холостого хода, то есть без нагрузки, чрезвычайно низки.

Для расчета каждого вида убытков используются специальные формулы. Мы не будем так глубоко вдаваться в суть, а скажем только, что КПД машины постоянного тока определяется соотношением поставляемой мощности и потребляемой мощности. Это значение обычно выражается в процентах.

Современные машины постоянного тока стали очень эффективными. Их КПД обычно колеблется в пределах 75-90%.

Рабочие характеристики

Тактико-технические характеристики DPT

Тактико-технические характеристики представляют собой следующие зависимости:

• Скорость вращения, потребление тока и мощность двигателя;
• Чистая энергоэффективность при постоянном напряжении питания.
• Ток в обмотке возбуждения и отсутствие дополнительных сопротивлений в цепи якоря.

Все эти параметры позволяют говорить о свойствах двигателей в эксплуатации, а также находить оптимальные и экономичные способы их эксплуатации.

Шлифовка направляющих

Во время шлифования операции выполняются в следующей последовательности:

• выпиливание и очистка поверхности от царапин и царапин;
• кровать фиксируется на плите продольной плоскости;
• уложить на уровне задней бабки, измерить степень намотки направляющих;
• при необходимости неисправность конструкции исправляют с помощью прокладок и компенсационных клиньев;
• переизмеряется инверсия, результаты измерений должны совпадать с исходными;
• поверхность направляющих зачищается мелкой абразивной чашей.

После восстановления поверхности направляющих станок монтируется на собственный фундамент, и к нему крепятся ранее снятые подвижные части.

В течение срока службы машины эта операция выполняется несколько раз, возвращая ее к активному производительному использованию

Конструкция щеточного аппарата

Для отвода тока от контактного кольца и подачи к нему тока используется щеточный аппарат, состоящий из щеток, щеткодержателей, пальцев щетки, головки щетки и шины сбора тока.

Одна из типичных конструкций щеткодержателей показана на рисунке 5. Держатели щеток устанавливаются на пальцы щетки. На каждый палец кисти обычно помещают несколько щеткодержателей с параллельно работающими щетками. Пальцы щетки, обычно равные числу основных полюсов, прикрепляются к балке щетки (рисунок 7)

Рисунок 6. Щеткодержатель с щеткой
1 — щеткодержатель; 2 — щетка; 3 — нажимная пружина; 4 — токоведущий кабель; 5 — подушечки для крепления к пальцу

Рисунок 7. Крепление стержня щетки к траверсе
1 — палец; 2 — ригель; 3 — изоляция; 4 — токосборный автобус

и электрически изолированы от него. Поперечина крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности — к втулке подшипникового щита, а в больших машинах — к станине. Обычно можно повернуть перекладину, чтобы установить щетки в правильное положение. Полярности пальцев кисти меняются, и все пальцы одинаковой полярности соединяются стержнями. Шины подключаются через розетки к выходным клеммам или другим обмоткам машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются очень важными компонентами машины, от конструкции и качества изготовления которых во многом зависят бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Почему станину машины делают из стали?

СТРОИТЕЛЬСТВО МАШИН постоянного тока

На рис. 3 показан чертеж современной машины постоянного тока с продольным и поперечным сечениями. Статор состоит из рамы 1 и двух основных и трех дополнительных полюсов, соединенных с ней. Рама относительно маломощных машин состоит из отрезков цельнотянутых стальных труб, а у мощных машин — сварных из толстолистовой стали. Для закрепления машины на фундаменте или на приводе к основанию станины привариваются ножки 4, а для транспортировки рым-болты 5 ввинчиваются в станину.

На сердечниках основных полюсов размещена обмотка возбуждения 6, которая выполнена в виде катушек из изолированных медных проводников круглого или прямоугольного сечения. Катушки изолируются лентой и после пропитки и высыхания надеваются на сердечник опоры и фиксируются стальными пружинными рамами. Иногда аккумулятор делят на две части для увеличения охлаждающей поверхности. Столб с вставленной катушкой крепится к раме болтами.

Дополнительные полюса размещаются между основными полюсами и вместе с катушками 14 их обмоток возбуждения также прикручиваются к раме болтами.

Якорь состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 9.

Сердечник собирается из отдельных листов толщиной 0,5 мм, штампованных из электротехнической стали. В анкерных листах прорезаются пазы, в которые укладывается обмотка якоря. Укладка обмотки в пазы обеспечивает ее надежное крепление к вращающемуся якорю и уменьшает воздушный зазор между полюсом и якорем. Обмотка в пазу фиксируется клином из стеклопластика или бандажами, расположенными в кольцевых пазах сердечника якоря 13. Снаружи пазов в передних частях обмотка закрепляется 12 бандажами из проволоки или ленты из стекла.

Собранный сердечник якоря зажимается между двумя упорными шайбами ​​и крепится к валу с помощью втулки или подпружиненного стопорного кольца.

Каркас, полюсные сердечники и якорь являются участками магнитопровода, по которым замыкается магнитный поток, создаваемый обмотками возбуждения. Чтобы уменьшить магнитное сопротивление на пути этого потока, все эти секции изготовлены из стали. С этой же целью делается попытка уменьшить воздушный зазор между якорем и полюсами. Обычно это доли миллиметра для небольших автомобилей и несколько миллиметров для более мощных.

При вращении якоря сталь его сердечника будет намагничена, в нем будут индуцироваться переменные токи — вихревые токи, что приведет к потерям. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник, как уже говорилось, собирается из отдельных листов, изолированных друг от друга. Для утепления листы окрашиваются после формования. Из-за зубчатой ​​конструкции якоря в полости будут возникать пульсации потока, в результате чего вихревые токи также будут индуцироваться при полярном расширении, для уменьшения которого наконечник и весь полюс собираются из отдельных листов.

Неподвижные щетки скользят по коллектору, который находится в щеткодержателях. Держатели щеток закреплены на цилиндрических или призматических пальцах 10, которые, в свою очередь, закреплены на поперечине 11. Пальцы изготовлены из гетинакса или стали, отлитой из пластмассы в месте сочленения с поперечиной. Обычно количество пальцев выбирается равным количеству полюсов.

Якорь вращается в подшипниках 15, которые размещены в щитках, называемых щитками 16.

Рассмотрим более подробно некоторые конструктивные элементы машины.

Основные столбы (рис. 4) собраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Листы запрессовываются в пакет и скрепляются стальными заклепками, количество которых не менее четырех. Крайние листы опоры изготовлены из более толстой стали (4-10 мм), чтобы листы не расшатывались.

Для получения требуемого характера распределения магнитного поля в воздушном зазоре полюс завершается полярным расширением определенной формы.

Воздушный зазор между полюсами и якорем делается одинаковым по всей ширине стержня полюса или под краями наконечника, за счет его скоса он увеличивается. Иногда делают эксцентричный воздушный зазор, в котором центры радиусов якоря и наконечника полюса не совпадают. При этом зазор постепенно увеличивается от центра полюса к его краю (рис. 5).

Столб имеет резьбовое отверстие, в которое ввинчивается болт, которым столб крепится к станине. Для более надежной фиксации опоры в больших машинах и машинах, работающих в условиях тряски, болты ввинчиваются в специальный стержень, вставленный в опору (см. Рис. 4).
Сердечник брони может состоять из одного или нескольких пакетов. При длине жилы менее 25 см он состоит из одного пакета (рис. 6), а при большей длине — из нескольких (рис. 7). Каналы вентиляции создаются между горлышками с помощью специальных распорок, предназначенных для лучшего охлаждения якоря.

Форму пазов, выполненных в сердечнике якоря, выбирают овальной полузакрытой для машин малой мощности и открытой прямоугольной для машин средней и большой мощности (рис. 8). Изоляция (изоляция канавки) размещается между стенками канавки и проводниками обмотки. На рис. 8 показано крепление обмотки в пазу с помощью клина.

Собранный коллектор надевается на вал и фиксируется от вращения ключом. К каждой пластине коллектора подключаются проводники секций, составляющих обмотку якоря. Для подключения проводов к пластинам коллектора со стороны, обращенной к якорю, делаются выступы, называемые барашковыми гайками, в которых фрезерованы пазы. В эти пазы закладываются проводники обмоток, а затем герметизируются.

Щеткодержатели (рис. 11) в машинах постоянного тока выполняются с радиальным или наклонным перемещением щетки относительно поверхности коллектора. Наиболее распространены щеткодержатели с радиальным движением щеток. Наклонные щеткодержатели — реактивные щеткодержатели — используются в машинах с односторонним направлением вращения. Щетки прижимаются к коллектору пружинами.

Дополнительные полюса предназначены для улучшения контактных характеристик щеток (уменьшения искрообразования). Сердечники дополнительных опор могут быть выполнены как единое целое из стальной полосы или собраны из отдельных листов электротехнической стали толщиной 1 мм.

В последнее время появилась тенденция собирать статор двигателей постоянного тока из отдельных листов электротехнической стали. Штамп в листе одновременно вырезает коромысло, основной и дополнительный полюс (рис. 12).

Изотропная и анизотропная сталь – отличия производства

Как видно из вышеизложенного, характеристики легированного соединения сильно зависят от содержания кремния. Вторым фактором, определяющим свойства металла, является его внутренняя структура, которая формируется в процессе производства. В частности, горячекатаные и холоднокатаные стали имеют ячейки разного размера. Крупнокристаллические материалы характеризуются большими значениями магнитной проницаемости, но коэрцитивная сила значительно ниже, чем у металлов с мелкокристаллической структурой. Два типа обработки позволяют варьировать гранулометрию: механическую и термическую.

Следовательно, отжиг стали помогает снизить внутренние напряжения в металле, в то же время приводя к увеличению кристаллов, образующих его структуру. Горячая прокатка электротехнической стали не может обеспечить стабильную ориентацию зерен в металле, оставляя его хаотичным. Следовательно, такая изотропная сталь характеризуется магнитными свойствами, не зависящими от направления.

Получение текстурированной структуры с определенной пространственной ориентацией кристаллов в металле позволяет проводить многократную холодную прокатку стали с отжигом в особых условиях. В результате получается анизотропная сталь, в которой ребра кубической кристаллической решетки расположены в направлении прокатки. Размещая анизотропную сталь в правильном направлении, можно добиться увеличения магнитной проницаемости при одновременном снижении коэрцитивной силы.

Производство электротехнической стали организовано в виде листового проката с шириной полотна 240 — 1000 мм. Металл выпускается в рулонах или отдельных листах, длина которых варьируется от 720 до 2000 мм. Толщина профиля из электротехнической стали начинается от 0,05 мм и может быть следующей: 0,1, 0,2, 0,35, 0,5 и 1,0 мм. Кроме того, классификация электротехнических сталей по видам продукции допускает следующие виды проката: профили и нарезанные полосы.

Холоднокатаный изотропный листовой металл марок: 2011, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016, 2312, 2411, 2412, 2413, 2414, 2421.

Холоднокатаный анизотропный листовой металл марок: 3311 (3411), 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3404, 3405, 3406, 3407, 3408, 3409.

Что представляют собой основные полюса и их назначение?

Основные полюса предназначены для создания в машине основного магнитного потока. Полюс (рис. 1-7) состоит из сердечника 1 и катушки возбуждения 2… Каркас представляет собой короткий полый цилиндр, через который магнитный поток проходит от одного полюса к двум соседним.

Какой материал применяется для изготовления пластин коллектора?

Корпус коллектора в виде цилиндрической втулки изготовлен из алюминиевого сплава (на внешней цилиндрической поверхности втулки могут быть выполнены продольные канавки типа «ласточкин хвост»).