Устройство и принцип действия машины постоянного тока

В настоящее время электромашиностроительные 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

(рисунок 33).

Статор. Состоит из станины 8 и главных полюсов 6. Станина 8 служит для

крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью 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 весьма большим наружным диаметром, у которых

станину делают разъемной, что облегчает транспортировку и монтаж машины.

Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного ноля

возбуждения. Главный полюс состоит из сердечника 6 и полюсной катушки 7. Со

стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник,

который обеспечивает необходимое распределение магнитной индукции в

зазоре машины. Сердечники главных полюсов делают шихтованными из

листовой конструкционной стали толщиной 1-2 мм или из тонколистовой

электротехнической анизотропной холоднокатаной стали, например марки 3411.

Штампованные пластины главных полюсов специально не изолируют, так как

тонкая пленка окисла на их поверхности достаточна для значительного ос-

лабления вихревых токов, наведенных в полюсных наконечниках пульсациями

магнитного потока, вызванного 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.

Рисунок 34 – Конструкция полюсных катушек

В машинах постоянного тока небольшой мощности полюсные катушки делают

бескаркасными — намоткой медного обмоточного провода непосредственно на

сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку

(рисунок 34, а). В большинстве машин (мощностью 1 кВт и более) полюсную

катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно

пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса (рисунок 2, б). В

некоторых конструкциях машин полюсную катушку для более интенсивного

охлаждения разделяют по высоте на части, между которыми оставляют

вентиляционные каналы.

Якорь. Якорь машины постоянного тока (рисунок 33) состоит из вала 1,

сердечника 5 с обмоткой и коллектора 3. Сердечник якоря имеет шихтованную

конструкцию и набирается из штампованных пластин 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

токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в

магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в

которые укладывают обмотку якоря.

Обмотку выполняют медным проводом круглого или прямоугольного

сечения. Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно

закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). 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.

Коллектор 35 является одним из сложных узлов машины постоянного тока.

Основными элементами коллектора являются пластины трапецеидального

сечения из твердотянутой меди, собранные таким образом, что коллектор

приобретает цилиндрическую форму. В зависимости от способа закрепления

коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными

конусными шайбами и на пластмассе. На рисунке 3а показано устройство

коллектора со стальными конусными шайбами. Нижняя часть коллекторных

пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста». После сборки коллектора эти части

пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3, изоли-

рованными 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 про-

кладки не выступали над рабочей поверхностью коллектора, что вызвало бы

вибрацию щеток и нарушение работы машины, между коллекторными

пластинами фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рисунке 3, б).

Верхняя часть 5 коллекторных пластин (рисунок 3, а), называемая петушком,

имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки

якоря и тщательно припаивают.

Рисунок 35 – Конструкция коллектора

В машинах постоянного тока малой мощности часто применяют коллекторы

на пластмассе, отличающиеся простотой в изготовлении. Набор медных и

миканитовых пластин в таком коллекторе удерживается пластмассой,

запрессованной в пространство между набором пластин и стальной втулкой и

образующей корпус коллектора. Иногда с целью увеличения прочности

коллектора эту пластмассу 2 армируют стальными кольцами 3 (рисунок 36). В

этом случае миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у

медных пластин 1, что исключит замыкание пластин стальными (армирующими)

кольцами 3 (4 — стальная втулка).

Рисунок 36 – Коллектор напластмассе Рисунок 37 – Щеткодержатель

Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток,

располагаемых в щеткодержателях 4 (см. рисунок 33).

Щеткодержатель (рисунок 37) состоит из обоймы 4, в которую помещают

щетку 3, курка 1, представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины 2 на щетку. Щеткодержатель кренят на пальце зажимом 5. Щетка снабжается гибким тросиком 6 для 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 преждевременный износ щетки и перегрев коллектора, а недостаточный нажим — искрение на коллекторе.