Устройство машин постоянного тока

Машины постоянного тока (рис.6.4) по конструктивному исполнению подобна обращенной синхронной машине, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения – на статоре. Машины постоянного тока имеет на якоре коллектор. Ее статор кроме главных полюсов с обмоткой возбуждения содержит добавочные полюсы для уменьшения искрения под щетками. Станина машины выполняется, как правило, литой и является основным несущим элементом конструкции. На ее торцах устанавливаются подшипниковые щиты. Станина одновременно является магнитопроводом для создания магнитных полей главных и добавочных полюсов. Сердечники полюсов с обмотками крепятся к станине болтами. Число главных полюсов всегда является четным. Северные и южные полюсы чередуются [19].

Сердечники главных полюсов (рис. 6.5) набираются из изолированных штампованных пластин холоднокатаной электротехнической стали. При этом снижаются потери на вихревые токи и упрощается технология их изготовления. Обмотки главных полюсов (рис. 6.6,а) обычно разделяют на несколько катушек (секций) для улучшения их охлаждения. Катушки изготавливаются из изолированного медного провода круглого сечения. Между секциями обмотки устанавливаются дистанционные шайбы, посредством которых образуются вентиляционные каналы. Сердечники добавочных полюсов (рис. 6.6,б) набирают из пластин холоднокатаной стали толщиной 1 мм или монолитными из полосовой стали. Катушки этих полюсов выполняются проводом прямоугольного сечения (полосовая медь). Аналогичное исполнение имеют последовательные катушки обмоток возбуждения [9].

Сердечник якоря набирают из пластин холоднокатаной электротехнической стали толщиной 0,5 мм, которые предварительно изолируются друг от друга (рис. 6.7). Затем пластины спрессовывают и сжимают нажимными шайбами в пакет, в котором выполнены каналы для аксиальной вентиляции. При диаметре якоря до 1 м пластины выполнены как на рис.6.8,а. При больших диаметрах сердечник набирают из сегментов (рис.6.8,б). Для крепления к корпусу якоря в сегментах штампуются гнезда для соединения типа «ласточкин хвост».

На наружной поверхности сердечника якоря в пазах располагается обмотка. Она изготавливается из провода круглого или прямоугольного сечения. Обмотка состоит из отдельных якорных катушек, которые выполняются по шаблонам. Катушки обматывают изоляционными лентами и укладывают в пазы сердечника якоря. Обмотку выполняют двухслойной. В каждом пазу укладывают одну поверх другой две стороны различных якорных катушек (рис. 6.9). Это активные части обмотки, которые находятся в области действия основного магнитного поля машины. Части обмотки, выступающие за пределы сердечника, называются лобовыми. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам. Секции могут быть одно- или многовитковыми. Нажимные шайбы (рис. 6.7,а) выполняют роль обмоткодержателей лобовых частей обмотки якоря [1].

Наиболее сложным и ответственным узлом машины постоянного тока является коллектор (рис. 6.10). Он расположен на одном валу с сердечником якоря и вентилятором. Коллектор состоит из набора медных пластин трапецеидального сечения, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Выступающая вверх часть коллекторных пластин называется «петушок». Она служит для присоединения секций обмотки якоря к пластинам коллектора. На пластинах делают фаски, чтобы уменьшить износ щеток при работе машины. Периодически выполняется «продораживание» коллектора, т.е. между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм [2].

По цилиндрической части коллектора скользят щетки, которые установлены в щеткодержателях (рис.6.11,а). Щеткодержатели укреплены на изолированных от них щёточных пальцах (рис.6.11,б). Число щёточных пальцев равно числу главных полюсов машины. Они крепятся к траверсе. Траверса обычно крепится к подшипниковому щиту, а в мощных машинах – к станине. Предусматривается возможность поворота траверсы для установки щёток в правильное положение. Щетки (рис.6.11,в) соединяют коллектор с внешней цепью. Они изготавливаются прессовкой и термической обработкой из порошков графита, кокса и других компонентов. При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение относительно полюсов машины. Давление на щетку должно быть отрегулировано. Чрезмерный нажим щетки на коллектор вызывает преждевременный ее износ, а недостаточный нажим – искрение на коллекторе. Щетки делятся на группы в зависимости от состава, способа изготовления и физических свойств. Для каждой машины следует применять щетки только установленной марки, которая выбирается заводом-изготовителем, исходя из условий работы машины [9].