Обмотка, пазы и ярмо статора

Обмотка, пазы и ярмо статора

Число пазов статора. Предварительный выбор зубцового деления t 1 осуществляется по рис.1.4, где зона 1 определяет возможные значения t1 для двигателей с высотой оси вращения h 280 мм. Из рисунка следует выбирать не одно значение зубцового деления, а пределы значений t 1min^

Рис.1.4. Зависимости величины зубцового шага от значения полюсного деления статора со всыпной обмоткой

Тогда возможные числа пазов статора

принимается из полученных пределов с учетом, что число пазов, приходящееся на фазу и полюс, должно быть целым:

Тогда зубцовый шаг статора

мм для двигателей с высотой оси вращения

а номинальный ток обмотки статора

где А — принятое ранее значение линейной нагрузки.

зависит от типа обмотки и числа полюсов.

Число витков в фазе обмотки

Окончательное значение линейной нагрузки

Оно должно незначительно отличаться от принятого ранее; в противном случае надо изменить число эффективных проводников в пазу.

Сечение эффективных проводников определяют, исходя из допустимой плотности тока j дол , которая для мягких секций принимается в пределах jдол =

А/мм 2 для машин мощностью 1-е-100 кВт (большая плотность для машин меньшей мощности).

чтобы

проводники легко проходили в паз через его щель. При невыполнении этого условия эффективный проводник разделяют на несколько элементарных

— число элементарных проводников в одном эффективном.

При расчете прямоугольного провода и укладке его в открытых или полуоткрытых пазах следует обратиться к литературе [1,2].

по формуле

Она должна находиться в рекомендуемых пределах [1,2,3].

Примечания: 1. Провода, размеры которых указаны в скобках, следует применять только в отдельных случаях при обосновании технико-экономической целесообразности; 2. Среднее значение изолированного провода вычислено с учетом расчетной средней двусторонней толщины эмалевой изоляции, принимаемой, как округленное среднее арифметическое из минимальной и максимальной толщины.

В современных машинах, как правило, при всыпных обмотках используются трапецеидальные пазы, так как в этом случае активная зона машины оказывается использованной наилучшим образом. Размеры пазов должны быть такими, чтобы зубцы имели параллельные стенки (рис.1.5).

При выборе пазов другой конфигурации следует обратиться к [1,2]. Эскиз паза рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге в следующем порядке:

выбрать масштаб увеличения;

диаметрам статора;

под этим углом

из центра окружностей в пределах сердечника статора провести оси середин пазов, между ними посередине также нанести оси зубцов;

Остальные размеры см. в [1, с.73 и 75].

Рекомендуется на эскизе показать два паза. На одном поставить все размеры паза и зубца, на другом показать заполнение проводниками и изоляцией, что должно найти отражение в спецификации паза (в табл. 1.5 для паза, изображенного на рис.1.6).

После того, как определена глубина паза hп1 или высота зубца hz1, необходимо определить высоту ярма статора, м

Следует проверить индукцию в зубце Bz и в ярме В c по формулам (2.3) и (2.4).

мм при размерах

Асинхронные микродвигатели

Обычно электрические двигатели делят на три группы: большой, средней и малой мощностей. Для двигателей малой мощности (будем называть их микродвигателями) верхнюю границу мощности не устанавливают, обычно это несколько сот ватт. Микродвигатели широко используют в приборах и аппаратах бытового назначения (сейчас в каждой семье имеется несколько микродвигателей — в холодильниках, пылесосах, магнитофонах, проигрывателях и пр.), измерительной технике, системах автоматического регулирования, авиации и космической технике и других областях человеческой деятельности.

Первые электродвигатели постоянного тока появились еще в 30-е годы XIX столетия. Большой шаг в развитии электродвигателей был сделан в результате изобретения в 1856 г. немецким инженером Сименсом двухякорного преобразователя и открытия им в 1866 г. динамоэлектрического принципа. В 1883 г. Тесла, а в 1885 г. Феррари независимо друг от друга изобрели асинхронный двигатель переменного тока. В 1884 г. Сименс создал коллекторный двигатель пе-§ ременного тока с последовательной обмоткой возбуждения. В 1887 г. Хазельвандер и Доливо-Добровольский предложили конструкцию ротора с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», что существенно упростило конструкцию двигателя. В 1890 г. Хитин и Лебланк впервые использовали фазосдвигающий конденсатор.

В бытовых электроприборах электродвигатели начали использовать с 1887 г. — в вентиляторах, с 1889 г. — в швейных машинах, с 1895 г. — в бормашинах, с 1901 г. -в пылесосах. Однако к настоящему времени потребность в микродвигателях оказалась настолько большой (в современной видеокамере используется до шести микродвигателей), что возникли специализированные фирмы и предприятия по их разработке и производству.

Однофазные асинхронные микродвигатели являются наиболее распространенным типом, они удовлетворяют требованиям большинства электроприводов приборов и аппаратов, отличаясь низкой стоимостью и уровнем шума, высокой надежностью, не требуют ухода и не содержат подвижных контактов.

Включение. Асинхронный микродвигатель может быть с одной, двумя или тремя обмотками. В однообмоточном двигателе нет начального пускового момента, и для его запуска нужно использовать, например, пусковой двигатель. В двухобмоточном двигателе одна из обмоток, называемая главной, непосредственно подключается к питающей сети (рис.1). Для создания пускового момента в другой, вспомогательной, обмотке должен протекать ток, сдвинутый по фазе относительно тока в главной обмотке. Для этого последовательно со вспомогательной обмоткой включают дополнительный резистор, который может иметь активный, индуктивный или емкостной характер.

Наиболее часто в цепь питания вспомогательной обмотки включают конденсатор, получая при этом оптимальный угол сдвига фаз токов в обмотках, равный 90° (рис.1,6). Конденсатор, постоянно включенный в цепь питания вспомогательной обмотки, называется рабочим. Если при запуске двигателя необходимо обеспечить повышенный пусковой момент, то параллельно рабочему конденсатору Св на время пуска включают пусковой конденсатор Са (рис.1,в). После разгона двигателя до частоты вращения пусковой конденсатор отключается с помощью реле или центробежного выключателя. На практике чаще используют вариант рис.1,6.

Эффект сдвига фаз можно получить путем искусственного увеличения активного сопротивления вспомогательной обмотки. Это достигается либо включением дополнительного резистора, либо изготовлением вспомогательной обмотки из высокоомного провода. Из-за повышенного нагрева вспомогательной обмотки последнюю после запуска двигателя отключают. Такие двигатели дешевле и надежнее конденсаторных, хотя и не позволяют обеспечить фазовый сдвиг токов обмоток в 90°.

Для реверса направления вращения вала двигателя в цепь питания вспомогательной обмотки следует включить катушку индуктивности или дроссель, вследствие чего ток в главной обмотке будет опережать по фазе ток во вспомогательной обмотке. На практике этот способ применяется редко, так как сдвиг фаз получается незначительным из-за индуктивного характера сопротивления вспомогательной обмотки.

Чаще всего используют способ фазового сдвига между основной и вспомогательной обмотками, заключающийся в замыкании вспомогательной обмотки. Главная обмотка имеет магнитную связь со вспомогательной, благодаря чему при подключении главной обмотки к питающей сети во вспомогательной наводится ЭДС и возникает ток, отстающий по фазе от тока главной обмотки. Ротор двигателя начинает вращаться в направлении от главной к вспомогательной обмотке.

Трехобмоточный трехфазный асинхронный двигатель можно использовать в режиме однофазного питания. На рис.2 показано включение трехобмоточного двигателя по схемам «звезда» и «треугольник» в однофазный режим работы (схемы Штейнмеца). Две из трех обмоток непосредственно включены в питающую сеть, а третья подключена к напряжению питания через пусковой конденсатор. Для создания необходимого пускового момента последовательно с конденсатором необходимо включать резистор, сопротивление которого зависит от параметров обмоток двигателя.

Обмотки. В отличие от трехобмоточных асинхронных двигателей, для которых характерны симметричное пространственное расположение и одинаковые параметры обмоток на статоре, в двигателях с однофазным питанием главная и вспомогательная обмотки имеют различные параметры. Для симметричных обмоток количество пазов на полюс и фазу можно определить из выражения: q = N/2pm, где N — количество пазов статора; m — количество обмоток (фаз); р — количество полюсов. В несимметричных обмотках количество пазов, занимаемых каждой обмоткой изменяется существенно. Поэтому главная и вспомогательная обмотки имеют различное количество витков. Характерным примером является 2/3-1/3 обмотка (рис.3), в которой 2/3 пазов статора занимает главная, а 1/3 — вспомогательная обмотка.

Конструкция. На рис.4 показано сечение двигателя с двумя сосредоточенными или катушечными обмотками, расположенными на полюсах статора. Каждая обмотка (главная 1 и вспомогательная 2) образована двумя катушками, расположенными на противоположных полюсах. Катушки надевают на полюса и вставляют в ярмо машины, имеющее в данном случае квадратную форму. Со стороны рабочего воздушного зазора катушки удерживаются специальными выступами, выполняющими функцию полюсных башмаков 3. Благодаря им кривая распределения индукции магнитного поля в рабочем воздушном зазоре приближается к синусоиде. Без этих выступов форма указанной кривой близка к прямоугольной. В качестве фазосдвигающего элемента для такого двигателя можно использовать как конденсатор, так и резистор. Можно также закорачивать вспомогательную обмотку. В этом случае двигатель преобразуется в асинхронную машину с расщепленными полюсами.

Двигатели с расщепленными полюсами используются чаще всего, благодаря своей конструктивной простоте, высокой надежности и низкой стоимости. Такой двигатель также имеет на статоре две обмотки (рис.5). Главная обмотка 3 изготовлена в виде катушки и включена непосредственно в питающую сеть. Вспомогательная обмотка 1 закорчена накоротко и содержит от одного до трех витков на полюс. Она охватывает часть полюса, чем и объясняется название двигателя. Вспомогательная обмотка изготовлена из медного провода круглой или плоской формы сечением в несколько квадратных миллиметров, который изгибается в витки соответствующей формы. Затем концы обмотки соединяют посредством сварки. Ротор двигателя выполнен коооткозамкнутым, причем на его концах крепят ребра охлаждения, которые улучшают отвод тепла от обмоток статора.

Варианты конструктивного исполнения двигателей с расщепленными полюсами показаны на рис.6 и 7. В принципе главная обмотка может располагаться симметрично или асимметрично относительно ротора. На рис.6 изображена конструкция двигателя с асимметричной главной обмоткой 5 (1 — крепежное отверстие; 2 — магнитный шунт; 3 — короткозамкнутая обмотка; 4 — отверстия крепления и юстировки; 6 — каркас обмотки; 7 — ярмо). Такой двигатель имеет значительное рассеяние магнитного потока во внешней магнитной цепи, поэтому его КПД не превышает 10-15%, и его изготавливают на мощность не более 5-10 Вт.

С точки зрения технологичности двигатель с симметрично расположенной главной обмоткой является более сложным. В двигателях мощностью 10-50 Вт используют составной статор (рис.7, где: 1 — кольцо ярма; 2 — короткозамкнутое кольцо; 3 — полюс; 4 — ротор с обмоткой «беличья клетка»; 5 — магнитный шунт). Ввиду того что полюсы двигателя охвачены ярмом и обмотки расположены внутри магнитной системы, магнитные потоки рассеяния здесь значительно меньше, чем в конструкции на рис.6. КПД двигателя 15-25%.

Для изменения частоты вращения двигателя с расщепленными полюсами используют схему с перекрестными полюсами (рис.8). В ней достаточно просто реализуется переключение числа пар полюсов обмотки статора, для изменения которых достаточно согласно включенные обмотки включить встречно. В двигателях с расщепленными полюсами используется также принцип регулирования частоты вращения, заключающийся в переключении катушек обмотки с последовательного соединения на параллельное.

Что такое ярмо двигателя

КОЛЛЕКТОРНЫЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА И УНИВЕРСАЛЬНЫЕ

§ 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Области применения. Первыми электрическими машинами были машины постоянного тока. Однако изобретенные М. О. Доливо-Добровольским асинхронные двигатели оказались проще, дешевле и надежнее в работе, поэтому асинхронные двигатели получили преимущественное распространение.

Двигатели постоянного тока имеют ряд преимуществ, благодаря которым они сохранили свое значение в автоматике, некоторых областях промышленности и на транспорте. Основным достоинством этих двигателей является возможность плавного и экономичного регулирования скорости вращения в широких пределах. Микромашины постоянного тока широко используются в системах автоматики в качестве исполнительных двигателей, двигателей для привода лентопротяжных самозаписывающих механизмов, в качестве тахогенераторов и электромашинных усилителей. Двигатели постоянного тока находят применение на транспорте, для привода металлургических станков, в крановых, подъемно-транспортных и других механизмах. Генераторы постоянного тока применяются главным образом для питания радиостанций, двигателей постоянного тока, зарядки аккумуляторных батарей, сварки, электрохимических низковольтных установок, а также в качестве возбудителей синхронных машин.

Устройство. На рис. 2.1 представлена схема двухполюсной машины постоянного тока. Магнитный поток создается обмотками возбуждения 1, которые представляют собой катушки, надетые на

Рис. 2.1. Устройство машины постоянного тока: 1 — обмотки возбуждения; 2 — полюсы; 3 — магнитопроводящее ярмо; 4 — полюсные наконечники; 5 — якорь; 6 — пазы, в которых заложены проводники якоря

полюсы 2, набранные из листовой электротехнической стали. Полюсы крепятся к магнитопроводящему ярму 3. Другая сторона полюсов заканчивается полюсными наконечниками 4, между которыми находится вращающийся якорь 5. Полюсы представляют собой пакет, набранный из листов электротехнической стали. У микромашин часто полюсы и ярмо штампуются как одно целое из одного листа. В пазах 6 якоря заложены проводники якорной обмотки. Якорь имеет цилиндрическую форму и набран из штампованных

Рис. 2.2. Машина постоянного тока:

1 — подшипниковые щиты; 2—щетки; 3 — катушка обмотки возбуждения; 4 — корпус; 5 — полюс; 6 — вал; 7 — сердечник якоря; 8 — полюсный наконечник; 9 — обмотка якоря; 10 — коллектор; 11 — подшипник

листов электротехнической стали. Между полюсными наконечниками и якорем имеется воздушный зазор, величина которого обычно имеет значение от долей миллиметра до нескольких миллиметров. На рис. 2.2 показано устройство микромашины постоянного тока, которая обычно имеет закрытое исполнение.

Магнитный поток полюсов. При прохождении электрического тока по обмотке возбуждения создается магнитный поток. Основная его часть проходит следующий путь: северный полюс N, заканчивающийся полюсным наконечником, воздушный зазор, зубцы и спинка якоря, после чего поток идет в обратной последовательности к соседнему южному полюсу S и через ярмо возвращается к северному полюсу N. Магнитный поток проходит замкнутый, путь, который показан на рис. 2.1 линиями магнитной индукции.

Полярность полюсов чередуется через один (северный, южный, северный, южный и т. д.). В точке О, находящейся посередине между полюсами, значение индукции потока возбуждения равно нулю (рис. 2.3). По мере приближения к полюсному наконечнику индукция возрастает сначала медленно (до точки а), затем — непо-

средственно у края полюсного наконечника — резко. Под серединой полюсного наконечника индукция имеет наибольшее значение. Кривая распределения индукции симметрична относительно оси полюса.

В точке b, находящейся посередине между полюсами, кривая проходит через нуль, затем индукция меняет знак. Кривая cde является зеркальным отображением относительно оси абсцисс кривой oabc. Области, в которых индукция имеет положительное и отрицательное значения, чередуются, так как они соответственно располагаются под северными и южными полюсами. Приходящаяся на один полюс часть поверхности якоря, в которой индукция сохраняет свой знак (рис. 2.3, а), называется полюсным делением и обозначается τ.

где D_a — внешний диаметр якоря;

2р — число полюсов машины.

Рис. 2.3. Кривые изменения магнитной индукции в пространстве и э. д. с. проводника якоря во времени: а — распределение индукции под полюсом; б — э. д. с. проводника в функции времени; в — выпрямленная при помощи коллектора э. д. с. витка

Электродвижущая сила обмотки якоря. Независимо от режима работы при вращении якоря машины в магнитном поле в проводниках его обмотки индуктируется э. д. с. При равномерной скорости v вращения изменение во времени э. д. с. активного проводника длиной l согласно (1.9) совершенно точно повторяет кривую распределения индукции В в воздушном зазоре. Следовательно, при равномерном вращении кривая изменения индукции в пространстве В = f(x) (рис. 2, 3, а) определяет зависимость электродвижущей силы е проводника в функции времени е = f(t) (рис. 2.3, б). Области, в которых кривая распределения индукции имеет положительное и отрицательное значение, чередуются. Поэтому в проводниках обмотки якоря машины постоянного тока индуктируется переменная э. д. с. Для ее выпрямления применяется коллектор, представляющий собой механический выпрямитель. Коллектор является сложным и дорогим устройством, требующим тщательного ухода. Его повреждения часто служат причиной серьезных аварий. Предпринимались многочисленные попытки создать бесколлекторную машину постоянного тока. Однако построить ее принципиально не-

возможно, так как в обмотке многовиткового якоря в любом случае наводится переменная э. д. с, для выпрямления которой необходимо особое устройство.

Простейший коллектор состоит из двух изолированных между собой медных пластин, выполненных в форме полуколец 1 (рис. 2.4), к которым присоединены концы витка 2 обмотки якоря. Пластины коллектора соприкасаются с неподвижными контактными щетками 3, которые связаны с внешней электрической цепью 4. При работе машины коллектор вращается вместе с витками обмотки якоря. Щетки устанавливаются таким образом, что в то время, когда э. д. с. витка меняет свой знак на обратный, коллекторная пластина

Рис. 2.4. Выпрямление э. д. с. витка при помощи коллектора: 1 — медные пластины; 2 — виток обмотки якоря; 3 — щетки; 4 — внешняя электрическая цепь

Рис. 2.5. Устройство коллектора: 1 — коллекторные пластины; 2 — пластмасса; 3 — стальная втулка

перемещается от одной полярности к другой, приходя в соприкосновение со щеткой другой полярности. В результате этого на щетках возникает пульсирующее напряжение, постоянное по направлению (сплошная кривая 1 на рис. 2.3, в).

Обычно обмотка якоря состоит из большого числа секций, которые представляют собой один или несколько последовательно соединенных витков. Конец каждой секции присоединяется к пластине коллектора (рис. 2.5). Электродвижущая сила каждой секции отстает от соседней по фазе на угол

По мере увеличения числа витков уменьшается пульсация напряжения на щетках (рис. 2.6). При восьми коллекторных пластинах на пару полюсов разница между максимальным и минимальным значением напряжения на щетках, отнесенная к среднему значению, не превышает одного процента. У микромашин из-за малого диаметра

якоря число коллекторных пластин получается небольшим, вследствие чего имеет место заметная пульсация э. д. с.

Для вывода уравнения э. д. с. воспользуемся средним значением индукции под полюсом В_ср, которая определяется из условия равенства площадей кривой распределения индукции оавс и прямоугольника, имеющего основание т и высоту B_ср (см. рис. 2.3, а). Согласно (1.9) э. д. с. одного активного проводника равна

Рис. 2.6. Выпрямленная коллектором э. д. с. машины постоянного тока: а — при двух витках на полюс; б — при большом количестве витков

Обмотка якоря машины содержит большое число активных проводников, которые могут быть соединены в несколько параллельных групп, состоящих из последовательно соединенных проводников. Электродвижущая сила последовательно соединенных проводников обмотки, входящих в параллельную группу, составляет э. д. с. Е обмотки якоря. С учетом (2.2, а) имеем

где N — число всех активных проводников обмотки;

2а — число параллельных ветвей;

а — число пар параллельных ветвей;

р — число пар полюсов.

Из (2.4, а) следует, что э. д. с. обмотки пропорциональна потоку Ф и скорости вращения п.

Электромагнитный момент. Вращающий момент равен отношению мощности Р к угловой скорости ω. Поэтому с учетом (2.4) имеем

Рис. 2.7. Магнитная система четырехполюсной машины постоянного тока: 1 — воздушные зазоры; 2 — зубцы якоря; 3 — сердечник якоря; 4 — полюсы; 5 — ярмо статора

Таким образом, электромагнитный момент пропорционален магнитному потоку и току якоря.

Понятие о расчете магнитной цепи и характеристике холостого хода. Расчет магнитной цепи производится для определения магнитодвижущей силы (м. д. с.) обмотки возбуждения, обеспечивающей создание необходимой э. д. с. якоря при номинальной скорости вращения. Учитывая закон полного тока, имеем на пару полюсов (рис. 2.1)

Обычно путь потока разбивают на отдельные участки (рис. 2.7), на каждом из которых величина напряженности магнитного поля Н сохраняется постоянной. При расчете длину пути каждого участка обычно выражают в сантиметрах, напряженность в амперах на сантиметр. Если принять контур интегрирования совпадающим

Если при расчете магнитной цепи задаваться различными значениями э. д. с. Е (обычно от 0,5 до 1,25 U_н), то можно построить зависимость э. д. с. от тока возбуждения

которая называется характеристикой холостого хода (рис. 2.9).

Характеристика холостого хода является основной характеристикой, определяющей работу машины при отсутствии тока нагрузки (I_а=0). В начальной части характеристика имеет линейный характер. Это объясняется тем, что при малых значениях э. д. с. поток невелик, и поэтому сталь магнитопровода насыщена незначительно. В этом случае м. д. с. практически расходуется лишь на проведение магнитного потока через воздушный зазор, магнитная проницаемость которого постоянна. По мере увеличения э. д. с. поток возрастает и сталь магнитопровода насыщается.

Вследствие этого уменьшается наклон характеристики, так как значительная часть м. д. с. тратится на проведение потока по участкам стали. Эта часть м. д. с. характеризуется отрезком бв (рис. 2.9.).

Рис. 2.8. Кривая намагничивания электротехнической листовой стали

Рис. 2.9. Характеристика холостого хода

По отношению отрезков бв и аб можно судить о степени насыщения стали.

Характеристика холостого хода представляет собой в некотором масштабе характеристику намагничивания машины Ф = f(F_в). Меняя величину индукции на отдельных участках магнитной цепи, можно изменить вид характеристики холостого хода.

1. Где при холостом ходе располагается проводник вращающегося якоря, в котором индуктируется максимальная э. д. с. и э. д. с, равная нулю? Как распределяется индукция в воздушном зазоре? Какую величину потока полюсов охватывает виток, стороны которого расположены на осях полюсов?

2. В результате чего напряжение на щетках машины является постоянным? Какая э. д. с. (переменная или постоянная) индуктируется в обмотке якоря машины постоянного тока?

3. Какая существует зависимость между э. д. с, магнитным потоком полюсов, током возбуждения и скоростью вращения якоря? Почему нарушается линейная зависимость между током возбуждения и электромагнитным моментом?

4. Какой вид имела бы характеристика холостого хода при отсутствии насыщения стали магнитопровода машины? Что определяют в результате расчета магнитной цепи? Из каких элементов состоит магнитная цепь?

Конструкция машины постоянного тока

Дата публикации: 03 декабря 2011 .
Категория: Статьи.

В статье описано устройство стандартной машины постоянного тока. Рассмотрено, что из себя представляют главный и дополнительный полюс, якорь, коллектор и щеточный аппарат.

Рассмотрим несколько подробнее устройство машины постоянного тока и приведем краткое описание ее главных конструктивных элементов.

Конструкция полюсов

На рисунке 1 изображен полюс машины. Сердечники полюсов набираются из листов, выштампованных из электротехнической стали толщиной 0,5 – 1 мм, а иногда также из листов конструкционной стали толщиной до 2 мм. Так как магнитный поток полюсов в стационарных режимах не изменяется, то листы друг от друга обычно не изолируются. Сердечник полюса стягивается шпильками, концы которых расклепываются. Нижняя, уширенная, часть сердечника называется полюсным наконечником или башмаком. Расположенная на полюсе обмотка часто разбивается на 2 – 4 катушки для лучшего ее охлаждения.

Рисунок 1. Главный полюс машины постоянного тока

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные плюсы чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов. Катушки всех полюсов соединяются обычно последовательно. Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет около 0,5 – 3% от номинальной мощности машины. Первая цифра относится к машинам мощностью в тысячи киловатт, а вторая – к машинам мощностью около 5 кВт.

Для улучшения условий токосъема с коллектора в машинах мощностью более 0,5 кВт между главными полюсами устанавливаются также дополнительные полюсы, которые меньше главных по своим размерам. Сердечники дополнительных полюсов обычно изготавливаются из конструкционной стали.

Как главные, так и дополнительные полюсы крепятся к ярму с помощью болтов. Ярмо в современных машинах обычно выполняется из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из стального листового проката, а также из стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяется.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно также станиной, т. е. той частью, к которой крепятся другие неподвижные части машины и с помощью которой машина обычно крепится к фундаменту или другому основанию.

Конструкция якоря

Рисунок 2. Диск (а) и сегмент (б) стали якоря

Сердечник якоря набирается из штампованных дисков (рисунок 2, а) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Диски насаживаются либо непосредственно на вал (при D_а ≤ 75 см), либо набираются на якорную втулку (D_а ≥ 40 см), которая надевается на вал. Сердечники якоря диаметром 100 см и выше составляют из штампованных сегментов (рисунок 2, б) электротехнической стали. Сегменты набираются на корпус якоря, который изготовляется обычно из листового стального проката и с помощью втулки соединяется с валом. Для крепления к корпусу якоря сегменты отштамповываются с гнездами для ласточкиных хвостов либо с выступающими ласточкиными хвостами (рисунок 3).

Рисунок 3. Крепление сегментов стали якоря с помощью ласточкиных хвостов

1 – вентиляционные распорки; 2 – лист стали якоря; 3 – стяжной болт; 4 – ребро ступицы якоря; 5 – лист ступицы якоря

В сердечнике якоря в зависимости от выбранной системы вентиляции могут быть аксиальные или радиальные каналы. Аксиальные каналы образуются выштампованными в дисках сердечника отверстиями. Радиальные каналы создаются с помощью вентиляционных распорок или ветрениц, посредством которых сердечник якоря (рисунок 4) подразделяется на отдельные пакеты 1 шириной 40 – 70 мм и каналы 2 между ними шириной около 5 – 10 мм. Ветреницы приклепываются или привариваются к крайним листам пакетов. Сердечник якоря крепится с помощью нажимных плит или фланцев 6.

Рисунок 4. Сердечник якоря с обмоткой

В пазы на внешней поверхности якоря укладываются катушки обмотки якоря. Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря (рисунок 4) лобовые части обмотки 3 имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 5, а по внешней поверхности крепятся проволочными бандажами 7. Обмотка соединяется с коллектором 4.

Воздушный зазор между полюсами и якорем в малых машинах менее 1 мм, а в крупных – до 1 см.

Конструкция коллектора

Рисунок 5. Коллектор

Устройство коллектора машины небольшой мощности показано на рисунке 5. Он состоит из медных пластин 1 толщиной 3 – 15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками толщиной около 1 мм. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью нажимных фланцев 4, стянутых стяжными болтами 7. От нажимных фланцев пластины коллектора изолируются миканитовыми коллекторными манжетами 2. Собранный коллектор крепится на валу 6 с помощью шпонки 5. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники – «петушки» 3 – от обмотки якоря.

Подобное в принципе устройство имеют коллекторы подавляющего большинства машин. В последнее время в малых машинах коллекторные пластины с миканитовыми прокладками часто запрессовывают на пластмассу.

Конструкция щеточного аппарата

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Одна из типичных конструкций щеткодержателя показана на рисунке 5. Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают параллельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу главных полюсов, крепятся к щеточной траверсе (рисунок 7)

Рисунок 6. Щеткодержатель со щеткой
1 – обойма щеткодержателя; 2 – щетка; 3 – нажимная пружина; 4 – токоведущий кабель; 5 – колодки для крепления к пальцу

Рисунок 7. Крепление щеточного пальца к траверсе
1 – палец; 2 – траверса; 3 – изоляция; 4 – токособирательная шина

и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности – к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах – к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение. Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Общий вид машины постоянного тока

На рисунке 8 приведен чертеж, а на рисунке 9 – фотография машины постоянного тока в разобранном виде.

Рисунок 8. Общий вид электродвигателя постоянного тока 14 кВт, 220В, 1500 об/мин
1 – люковая крышка; 2 – коллекторная пластина; 3 – крепление коллектора пластмассой; 4 – кольцо для размещения корректирующих масс; 5 – траверса; 6 – передний подшипниковый щит; 7 – вал; 8 – обмоткодержатель; 9 – бандаж лобовых частей якоря; 10 – катушка добавочного полюса; 11 – сердечник добавочного полюса; 12 – станина; 13 – рым; 14 – сердечник якоря; 15 – сердечник главного полюса; 16 – катушка главного полюса; 17 – вентилятор; 18 – задний подшипниковый щит; 19 – задняя крышка подшипника; 20 – шариковый подшипник; 21 – передняя крышка подшипника; 22 – свободный конец вала; 23 – паз якоря; 24 – соединительные провода (выводы) от обмоток к доске выводов; 25 – коробка выводов

Рисунок 9. Электродвигатель постоянного тока типа П52, 8 кВт, 220 В, 43 А, 1500 об/мин

Одноякорные машины постоянного тока строятся мощностью до 10 МВт и напряжением преимущественно до 1000 В. Для электрифицированных железных дорог выпускаются также машины напряжением до 1500 В. На напряжения свыше 1500 В машины постоянного тока изготавливаются редко, так как с увеличением напряжения условия токосъема с коллектора ухудшаются.

В отдельных случаях (мощные ледоколы, приводы аэродинамических труб и пр.) требуются двигатели постоянного тока мощностью 15 – 30 МВт. В машинах с одним якорем получение таких мощностей не возможно, и поэтому строятся двух-, трех- и четырехъякорные машины, которые представляют собой многомашинные агрегаты с общим валом.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.