Презентация по электротехнике на тему "Устройство машин постоянного тока"

УСТРОЙСТВО МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

План лекции: 1.  Основные  законы  электротехники  в  применении  к  теории  электрических  машин. 2. Коллекторные машины. 3. Устройство машин постоянного тока

1. Основные законы электротехники  в применении к теории  электрических машин Изучение  электрических  машин  основано  на  знаниях  физической  сущности  электрических  и  магнитных  явлений,  лежащих  в  основе  принципа  действия  электрических  машин,  в  первую  очередь  закона  электромагнитной индукции.     Рис. 1. К понятиям об         «электромагнитной            генераторе» (а) и          «электромагнитном              двигателе» (б)

В  процессе  работы  электрической  машины  в  режиме  генератора  происходит  преобразование  механической  энергии  в  электрическую.  Природа  этого  процесса  объясняется  законом  электромагнитной  индукции:  если внешней силой F воздействовать на помещенный  в магнитное поле проводник и перемещать его (рис. 1,  а), например, слева направо перпендикулярно вектору  индукции  В  магнитного  поля,  то  в  проводнике  будет   ∙ ℓ наводиться электродвижущая сила (ЭДС): Е = B ∙  υ, где В – магнитная индукция, Тл; ? – активная длина  проводника,  т.е.  длина  его  части,  находящейся  в  магнитном  поле,  м;  υ  –  скорость  движения  проводника, м/с.

Для  определения  направления  ЭДС  следует  воспользоваться правилом «правой руки» (рис. 2, а).  Применив это правило, определим направление ЭДС  в  проводнике  (от  нас).  Если  концы  проводника  R  замкнуты  (потребитель),  то  под  действием  ЭДС  в  проводнике  возникает  ток  такого  же  направления.  Таким  образом,  проводник  в  магнитном  поле  можно  рассматривать  в  этом  случае  как  элементарный  генератор. сопротивление  на  внешнее          Рис. 2 Правила «правой руки»                         и «левой руки»

на  возникает  В  результате  взаимодействия  тока  I  с  магнитным  проводник  полем  действующая  электромагнитная сила: Fэм = B ∙ ? ∙ I. Направление силы Fэм можно определить по правилу  «левой  руки»  (рис.  2,  б).  В  рассматриваемом  случае  эта  т.е.  противоположно  движению  проводника.  Таким  элементарном  образом,  генераторе  сила  Fэм  является  тормозящей  по  отношению к движущей силе F. При  равномерном  движении  проводника  F  =  Fэм.  Умножив обе части равенства на скорость движения  проводника, получим F  рассматриваемом   = υ Fэм ∙ υ. сила  направлена  справа  налево,  в

на  большое  электрической  Большинство  электрических  машин  построено  на  принципе  вращательного  движения  их  подвижной  части.  Несмотря  разнообразие  конструкций  электрических  машин,  оказывается  возможным представить себе некоторую обобщенную  конструкцию  Такая  конструкция (рис. 3) состоит из неподвижной части 1,  называемой  статором,  и  вращающейся  части  2,  называемой  ротором.  Ротор  располагается  в  расточке  статора  и  отделен  от  него  воздушным  зазором. Одна из указанных частей машины снабжена  элементами,  возбуждающими  в  машине  магнитное  (например,  электромагнит  или  постоянный  поле  магнит),  машины.

рабочей  а  другая  –  имеет  обмотку,  которую  условно  обмоткой  машины.  Как  называют  неподвижная  часть  машины  так  и  подвижная  (ротор)  имеют  сердечники,  выполненные  из  магнитно­мягкого  материала  и  обладающие  небольшим магнитным сопротивлением. (статор),           Рис. 3. Обобщенная               конструктивная           схема электрической                       машины

Если электрическая машина работает в режиме  генератора, то при вращении ротора (под действием  приводного  двигателя)  в  проводниках  рабочей  обмотки  наводится  ЭДС  и  при  подключении  потребителя  появляется  электрический  ток.  При  этом  механическая  энергия  приводного  двигателя  преобразуется  в  электрическую.  Если  машина  качестве  предназначена  электродвигателя,  то  рабочая  обмотка  машины  подключается  к  сети.  При  этом  ток,  возникший  в  проводниках обмотки, взаимодействует с магнитным  полем  и  на  роторе  возникают  электромагнитные  силы, приводящие ротор во вращение. работы  для  в

При этом электрическая энергия, потребляемая  двигателем  из сети,  преобразуется в  механическую  энергию,  затрачиваемую  на  вращение  какого­либо  механизма, станка и т.п. Возможны  также  конструкции  электрических  машин, у которых рабочая обмотка расположена на  статоре,  а  элементы,  возбуждающие  магнитное  поле, – на роторе.  Диапазон  мощностей  электрических  машин  весьма  широк  –  от  долей  ватт  до  сотен  тысяч  киловатт.

2. Коллекторные машины Электрические  машины  постоянного  тока  используются  как  в  качестве  генераторов,  так  и  в  качестве  двигателей.  Наибольшее  применение  имеют  двигатели  постоянного  тока.  Они  широко  используются  для  привода  подъемных  средств  в  привода  качестве  транспортных  тяговых  двигателей.  Основные  преимущества  двигателей  с  постоянного  бесколлекторными  двигателями  переменного  тока  – хорошие пусковые и регулировочные свойства,  и  качестве  двигателей  средств  в  крановых  тока  по  сравнению

возможность  получения  частоты  вращения  более  3000 об/мин, а недостатки – относительно высокая  стоимость,  некоторая  сложность  в  изготовлении  и  пониженная надежность. Все эти недостатки машин  постоянного  тока  обусловлены  наличием  в  них  щеточно­коллетрного  узла,  который  к  тому  же  является  и  пожароопасности.  Эти  недостатки  ограничивают  применение машин постоянного тока. радиопомех  источником

3. Устройство машин постоянного тока В настоящее время электромашинные заводы  изготовляют  электрические  машины  постоянного  тока,  предназначенные  для  работы  в  самых  различных  отраслях  промышленности,  поэтому  отдельные  узлы  этих  машин  могут  иметь  разную  конструкцию,  но  общая  конструктивная  схема  машин  одинакова.  Неподвижная  часть  машины  постоянного тока называется статором, вращающая  – якорем (рис. 4). Статор  состоит  из  станины  8  и  главных  полюсов 6.

Рис. 4. Устройство машины постоянного тока

и  является  Станина  8  служит  для  крепления  полюсов  и  частью  подшипниковых  щитов  магнитопровода,  так  как  через  нее  замыкается  магнитный поток машины. Станину изготовляют из  стали  –  материала,  обладающего  достаточной  механической  прочностью  и  большой  магнитной  проницаемостью. В нижней части станины имеются  лапы 11 для крепления машины к фундаментальной  плите,  а  по  окружности  станины  расположены  отверстия  для  крепления  сердечников  главных  полюсов  6.  Обычно  станину  делают  цельной  из  стальной трубы, либо сварной из листовой   стали,     за    исключением   машин   с

большим  наружным  диаметром,  у  которых  станину  делают  разъемной,  что  облегчает  транспортировку  и  монтаж машины.  Главные  полюсы  предназначены  для  создания  в  машине  магнитного  поля  возбуждения.  Главный  полюс  состоит  из  сердечника  6  и  полюсной  катушки  7.  Со  стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет  полюсный  обеспечивает  необходимое  распределение  магнитной  индукции  в  зазоре  машины.  Сердечники  главных  полюсов  делают  шихтованными  из  листовой  конструкционной  стали  толщиной  1  –  2  мм  или  из  тонколистовой  холоднокатаной  электротехнической  стали, например марки 3411. анизотропной  наконечник,  который

пластины  главных  потока,  вызванного  вихревых  ослабления  полюсов  Штампованные  специально  не  изолируют,  так  как  тонкая  пленка  окисла  на  их  поверхности  достаточна  для  токов,  значительного  наведенных в полюсных наконечниках пульсациями  магнитного  зубчатостью  сердечника  якоря.  Анизотропная  сталь  обладает  повышенной  магнитной  проницаемостью  вдоль  проката,  что  должно  учитываться  при  штамповке  пластин и их сборке в пакет. Пониженная магнитная  проницаемость  поперек  проката  способствует  ослаблению  реакции  якоря  и  уменьшению  потока  рассеяния главных и добавочных полюсов.

медного  на  обмоточного  сердечник  В машинах постоянного тока небольшой мощности  полюсные  катушки  делают  бескаркасными  –  намоткой  провода  полюса,  непосредственно  предварительно  наложив  на  него  изоляционную  прокладку  (рис.  5,  а).  В  большинстве  машин  (мощность  1  кВт  и  более)  полюсную  катушку  делают  каркасной:  обмоточный  провод  наматывают  на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают  на  сердечник  полюса  (рис.  5,  б).  В  некоторых  конструкциях  машин  полюсную  катушку  для  более  интенсивного  охлаждения  разделяют  по  высоте  на  части,  между  которыми  оставляют  вентиляционные  каналы.

Рис. 5. Главные полюсы с бескаркасной (а) и каркасной (б)  полюсными катушками: 1 – станина;  2 – сердечник полюса; 3 – полюсная катушка Якорь  машины  постоянного  тока  (рис.  4)  состоит  из  вала  1,  сердечника  5  с  обмоткой  и  коллектора  имеет  шихтованную    конструкцию    и   набирается   из 3.  Сердечник  якоря

пластин  штампованных  тонколистовой  электротехнической  стали.  Листы  покрывают  изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают.  Готовый  сердечник  напрессовывают  на  вал  якоря.  Такая  конструкция  сердечника  якоря  позволяет  значительно  ослабить  в  нем  вихревые  тока,  возникающие в результате его перемагничивания в  процессе  вращения  в  магнитном  поле.  На  поверхности  имеются  продольные  пазы,  в  которые  укладывают  обмотку  якоря. сердечника  якоря    Обмотку  выполняют  медным  проводом  кругового или прямоугольного сечения.

обычно  закрывают  или  Пазы  якоря  после  заполнения  их  проводами  клиньями  обмотки  (текстолитовыми  В  некоторых машинах пазы не закрывают клиньями, а  накладывают  на  поверхность  якоря  бандаж.  Бандаж  делают  из  проволоки  или  стеклоленты  с  предварительным натягом. Лобовые части обмотки  якоря крепят к обмоткодержателям бандажом. гетинаксовыми).          Рис. 6. Устройство                 коллектора с         конусными шайбами

являются  коллектора  Коллектор  3  является  одним  из  сложных  узлов  машины  постоянного  тока.  Основными  пластины  элементами  трапецеидального сечения из твердотянутой меди,  собранные  коллектор  приобретает  В  зависимости от способа закрепления коллекторных  пластин различают два основных типа коллектора:  со стальными конусными шайбами и на пластмассе.  На рис. 42.6, а показано устройство коллектора со  стальными конусными шайбами. цилиндрическую  таким  образом,  что  форму.

зажатыми  между  Нижняя  часть  коллекторных  пластин  6  имеет  форму  «ласточкина  хвоста».  После  сборки  коллектора  эти  части  оказываются  стальными  шайбами  1  и  3,  изолированными  от  медных  пластин  миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стянуты  винтами  2.  Между  медными  пластинами  расположены  миканитовые  изоляционные  прокладки.  В  процессе  работы  машины  рабочая  поверхность  коллектора  постепенно  истирается  щетками.  Чтобы  при  этом  миканитовые  прокладки  не  выступали  над  рабочей  поверхностью  коллектора,  что  вызвало  бы  вибрацию  щеток  и  нарушение  машины,  между  коллекторными  пластинами фрезеруют пазы (дорожки) на глубинку до  1,5 мм (рис. 6, б).

Верхняя часть 5 коллекторных пластин (рис. 6,  а),  называется  петушком,  имеет  узкий  продольный  паз,  в  котором  закладывают  проводники  обмотки  якоря и тщательно припаивают. В  машинах  постоянного  тока  малой  мощности  часто  применяют  коллекторы  на  пластмассе,  отличающиеся  простотой  в  изготовлении.  Набор  медных и миканитовых пластин в таком коллекторе  запрессованной  в  удерживается  пластмассовой,  пространство  между  набором  пластин  и  стальной  втулкой и образующей корпус коллектора. Иногда с  эту  целью  увеличения  прочности  коллектора  пластину 2 армируют стальными кольцами 3 (рис.7).

В этом случае миканитовые прокладки должны  иметь  размеры  большие,  чем  у  медных  пластин  1,  замыкание  пластин  стальными  что  исключает  (армирующими) кольцами 3 (4 – стальная втулка). Электрический  коллектором  осуществляется посредством щеток, располагаемых  в щеткодержателях 4 (рис. 4). контакт  с        Рис. 7. Устройство коллектора                         на пластмассе

3,  курка  собой  откидную  помещают  щетку  Щеткодержатель (рис. 8) состоит из обоймы 4, в  1,  которую  деталь,  представляющего  передающую  давление  пружины  2  на  щетку.  Щеткодержатель  крепят  на  пальце  зажимом  5.  гибким  тросиком  6  для  Щетка  снабжается  включения  ее  в  электрическую  цепь  машины.  Все  щеткодержатели  одной  полярности  соединены  между  собой  сборными  шинами,  подключенными  к  выводам  машины.  Одно  из  основных  условий  бесперебойной  работы  машины  –  плотный  и  надежный контакт между щеткой и коллектором.

Давление  на  щетку  должно  быть  отрегулировано,  так  как  чрезмерный  нажим  может  вызвать  перегрев  преждевременный  коллектора,  а  недостаточный  нажим  –  искрение  на  коллекторе. износ  щетки  и            Рис. 8. Щеткодержатель               (сдвоенный) машины                    постоянного тока

Помимо  указанных  частей  машина  постоянного  тока  имеет два щита: передний 2 (со стороны коллектора)  и  задний  9  (рис.  4).  В  центральной  части  щита  имеется  расточка  под  подшипник  12.  На  переднем  подшипниковом щите имеется смотровое окно (люк)  с  крышкой,  через  которое  можно  осмотреть  коллектор  и  щетки  не  разбирая  машины.  Концы  обмоток  выведены  на  зажимы  коробки  выводов.  Вентилятор 10 служит для самовентиляции машины:  воздух  поступает  в  машину  обычно  со  стороны  коллектора,  омывает  нагретые  части  (коллектор,  с  обмотки  противоположной стороны через решетку. выбрасывается  и  сердечник)  и

Из  рассмотрения  машин  принципа  действия  и  устройства  коллекторной  машины  постоянного  тока  следует,  что  непременным  элементом  этой  машины,  включенным  между  обмотками  якоря  и  внешней  сетью,  является  щеточно­коллекторный  узел  –  механический  преобразователь  рода  тока.  Таким  образом,  коллекторные  машины  сложнее  тока  бесколлекторных  (асинхронной  и  синхронной)  и,  следовательно,  уступают  им  (особенно  асинхронной  машине)  в  надежности и имеют более высокую стоимость. переменного

Контрольные вопросы 1.  Каково  назначение  коллектора  в  генераторе  и  двигателе? 2. Почему станину машины делают из стали? 3.  Каково  коллекторе? 4.  Зачем  в  коллекторе  на  пластмассе  применяют  армирующие кольца? конусных  шайб  назначение  в