Устройство машины постоянного тока и область применения

Конструктивно машина постоянного тока состоит из неподвижного статора с полюсами и вращающегося ротора (якоря) с коллектором.

На одном валу с якорем жестко закрепляется коллектор электрически соединенный с его обмоткой. Коллектор - характерная деталь машины постоянного тока. Его медных пластин касаются неподвижные угольно-графитовые щетки, размещенные в щеткодержателях на траверсе и электрически соединенные с внешней цепью. Во избежание искрения щетки тщательно притираются к коллектору.

Статор машины постоянного тока состоит из цилиндрической станины, полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов. Станина – это литый либо сварной цилиндр изготовленный из стали. Она является магнитопроводом и основой для крепления основных и дополнительных полюсов, подшипников, щеткодержателей, выводных клемм, а также на ней располагается паспорт машины, где указываются номинальные параметры.

Основные полюсы с током в катушках обмотки создают в машине магнитное поле. Обмотка основных полюсов составляет обмотку возбуждения машины. Сердечник полюса для уменьшения потерь на вихревые токи набирается в виде пакета из листовой электротехнической стали толщиной 0,5-2 мм и стягивается шпильками. Полюсы крепятся к станине болтами или шпильками.

Добавочные полюсы устроены аналогично, но их сердечники чаще делаются из литой стали и имеют малую магнитную индукцию. Они устанавливаются симметрично между основными полюсами, содержат обмотку из толстого изолированного провода (включается последовательно с якорем) и предназначаются для устранения искрения щеток.

Якорь машины постоянного тока состоит из стального вала, стального сердечника, обмотки и коллектора.

Сердечник якоря представляет собой цилиндрический барабан, в продольных наружных пазах которого размещается обмотка якоря. Для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник набирается из изолированных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм.

Коллектор набирается из клинообразных медных пластин, которые изолируются друг от друга миканитом. В прорезь выступа коллекторной пластины впаиваются два конца соседних секций обмотки якоря. Обмотка якоря составляется из отдельных секций, концы которых припаиваются к пластинам коллектора. Секции обмотки укладываются в пазах барабана якоря в два слоя и в определенном порядке, чтобы при вращении якоря их участки всегда находились под разными полюсами статора, т. е. чтобы индуцированные в них э. д. с. действовали согласно и складывались.

Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

2. Принцип действия машины постоянного тока.

Принцип действия машины постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции. Если в магнитном поле постоянного магнита перемещать проводник так, чтобы он пересекал магнитный поток, то в проводнике возникнет электродвижущая сила (ЭДС). Электродвижущая сила возникает и в том случае, когда проводник остается неподвижным, а перемещается магнит. Если проводник, в котором индуктируется ЭДС, включить в замкнутую электрическую цепь, то под действием ЭДС по цепи потечет ток, называемый индуктированным током. Индуктированная ЭДС возникает только тогда, когда проводник пересекает магнитное поле. При движении проводника вдоль магнитных силовых линий ЭДС в нем не индуктируется.

Имея общее представление об электромагнитной индукции, рассмотрим принцип действия генератора постоянного тока:

Рисунок 1 – Устройство генератора постоянного тока

Проводник в виде рамки из медной проволоки укреплен на оси и помещен в магнитное поле. Концы рамки присоединены к двум изолированным одна от другой половинам (полукольцам) одного кольца. Контактные пластины (щетки) скользят по этому кольцу. Такое кольцо, состоящее из изолированных полуколец, называют коллектором, а каждое полукольцо — пластиной коллектора. Щетки на коллекторе должны быть расположены таким образом, чтобы они при вращении рамки одновременно переходили с одного полукольца на другое как раз в те моменты, когда ЭДС, индуктируемая в каждой стороне рамки, равна нулю, т. е. когда рамка проходит свое горизонтальное положение.

С помощью коллектора переменная ЭДС, индуктируемая в рамке, выпрямляется, и во внешней цепи создается постоянный по направлению ток.

Существует два режима работы машины постоянного тока:

А) режим генератора

Б) режим двигателя

В режиме генератора машина преобразует механическую энергию в электрическую: к обмотке возбуждения статора подводится постоянный ток возбуждения, а якорь вращается каким-либо первичным двигателем. При этом провода обмотки якоря пересекают магнитные силовые линии полюсов и в них индуцируются э. д. с. С помощью коллектора и щеток, которые являются механическим выпрямителем, эти переменные пульсирующие э. д. с. суммируются в постоянную по значению и направлению э. д. с. машины. Если к щеткам подключить приемник, то в нем установится постоянный ток I.

В режиме двигателя машина преобразует электрическую энергию в механическую: к якорю и к обмотке возбуждения машины одновременно подводится постоянный ток от источника. Взаимодействие магнитного поля полюсов статора с током обмотки якоря создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит в движение якорь.