Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока (коллекторные двигатели) применяют на транспорте для привода металлорежущих станков, прокатных станов, подъемно-транспортных машин, экскаваторов и т. д. Одной из главнейших причин применения двигателей постоянного тока является возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне и получения желаемых механических характеристик.

Особенно широко применяются двигатели постоянного тока в бытовой радиоэлектронной аппаратуре и технике для привода стиральных машин, вентиляторов, CD-проигрывателей, магнитофонов и т. д.

Устройство машины постоянного тока

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной части, называемой статором, предназначенной, в основном, для создания магнитного потока и вращающейся части, которая называется якорем. Между статором и ротором имеется небольшой воздушный зазор.

Рис. 12.28. Схема машины постоянного тока.

На рис. 12.28 показана упрощенная схема машины в виде поперечного разреза магнитной цепи двухполюсной машины.

Статор состоит из станины 1, представляющей полый цилиндр, к внутренней поверхности которой крепятся главные полюсы 2. Станина и полюсы выполняются из ферромагнитного материала.

На главных полюсах размещены катушки обмотки возбуждения 3, которые питаются от источника постоянного тока.

Постоянный ток обмотки возбуждения создает магнитное поле. Катушки обмотки возбуждения соединяются последовательно так, чтобы полюсы N и S на статоре чередовались. Главные полюсы имеют полюсные наконечники 4 обеспечивающие равномерное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре.

Якорь 5 представляет собой стальной цилиндр, закрепленный на валу 6. На поверхности якоря расположены пазы (на рис. 12.28 не показаны), в которых расположены якорная обмотка 7. Обмотка якоря состоит из витков, охватывающих якорь вдоль оси. Витки объединяются в секции. Секцией называется часть обмотки якоря, состоящая из одного или нескольких последовательно соединенных витков, присоединенных своими концами к коллекторным пластинам (рис. 12.29).

Секция состоит из двух активных сторон аЪ и cd, которые располагаются вдоль оси машины под полюсами разной полярности. Индуктируемая в секции ЭДС максимальна, если шаг обмотки у равен полюсному делению:

где D_n — диаметр якоря; р — число пар полюсов.

Из рис. 12.28 следует, что полюсное деление — это часть окружности якоря, принадлежащая одному полюсу.

На якоре располагается коллектор 9 (см. рис. 12.28), который представляет собой цилиндрическое тело, состоящее из медных коллекторных пластин. Пластины изолируются друг от друга изоляционными прокладками.

К каждой пластине 11 коллектора присоединяются два конца секций (рис. 12.29) обмотки якоря. Поэтому количество пластин коллектора равно количеству секций обмотки. Электрический контакт с вращающимся коллектором осуществляется с помощью неподвижных электрографических щеток 10, помещенных в щеткодержатели. Коллектор и щеточный аппарат являются ответственными узлами машины, от конструкции и качества, изготовления которых в большой степени зависит надежная работа машины. Магнитное поле, созданное постоянным током обмотки возбуждения статора — неподвижное. Основная часть магнитного потока замыкается через сердечник северного полюса N, воздушный зазор, якорь, сердечник южного полюса S и станину. На рис. 12.28 показаны силовые линии 8 магнитного поля.

Распределение нормальной составляющей магнитной индукции В_п в воздушном зазоре вдоль поверхности якоря показано на рис. 12.30.

Под полюсом магнитная индукция наибольшая, посередине между полюсами В_п равна нулю. Воображаемая линия, проведенная через середину межполюсного промежутка, называется геометрической нейтралью, а часть окружности якоря между геометрическими нейтралями равна полюсному делению т. В машинах постоянного тока щетки устанавливаются на геометрических нейтралях. Поскольку число нейтралей равно числу полюсов, то и число мест, где устанавливаются щетки, выбирается равным числу полюсов.

Рис. 12.29. Схема обмотки якоря.

Сердечники полюсов выполняются массивными либо шихтованными, набранными из тонких листов электротехнической стали.

Для уменьшения потерь от вихревых токов при перемагничивании якорь набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,3— 0,5 мм.

На электрических схемах якорь машины постоянного тока изображают условно в виде окружности с двумя диаметрально расположенными щетками, а обмотку возбуждения — как индуктивный элемент, (рис. 12.31).

Рис. 12.30. Распределение нормальной к поверхности якоря составляющей индукции на развернутом полюсном делении.

Рис. 12.31. Условное обозначение электрической машины постоянного тока с независимым возбуждением.