Машини постійного струму
Електротехнічна промисловість в даний час випускає електричні машини постійного струму для роботи в різних умо-вах. Корабельні машини мають особливості конструкції окремих вузлів, але загальна конструктивна схема цих машин однакова. На ри-рисунку (1.4) наведені поздовжній і поперечний розріз машини нор-мального виконання. Машина постійного струму складається з 2-х основ-них частин: нерухомої - статора і обертається - якоря. Між ні-ми завжди є повітряний зазор.
Мал. 1.4 - ДПТ в розрізі
Статор, який є індуктором, тобто такою частиною машини, в якому наводиться магнітне поле, сос-тоит з станини I, головних 2 і додаткових 3 полюсів. До статора відносяться також підшипникові щити 7 з підшипниками 11. На статорі кріпляться щітковий апарат 9 і коробка висновків 10.
Якір складається з сердечника якоря 4 і колектора 8, насаджений-них на вал 6. У машинах з самовентиляцією на валу кріпиться венти-ром 12.
Станина - служить в якості муздрамтеатру і одночасно є конструктивною основою, до якої кріпляться головні і додаткові смуги і підшипникові щити. Вона являє собою порожнистий циліндр, відлитий або зварений з чавуну або сталі. У великих машин стани-на робиться рознімної. На кораблях для зручності обслуговування і ремонту застосовуються також машини з поворотною станиною. Частина ста-Ніни, по якій замикаються магнітні потоки головних і додаткових полюсів, називається ярмом 1. Разом із станиною відливаються лапи 13 для кріплення машини до фундаменту. На станині встановлюється один або кілька римів 14 для підйому машини.
Головні полюси призначені для створення в машині магнітного по-струму необхідної величини. Головний полюс (рисунок 1.5) складається з сер-дечніка 1 і котушок обмоток збудження 2,3. З боку, зверненої до якоря, сердечник закінчується полюсним наконечником 4, за допомогою якого забезпечується необхідний розподіл магнітної індукції в повітряному зазорі.
Сердечник полюсів набирається з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 ÷ 1,0 мм. покритих ізоляційним лаком для зменшення втрат від вихрових струмів, викликаних пульсацією магнітного потоку через зубчастості якоря. Листи стали спресовують і скріплюють шпильками. Котушки обмоток збудження намотуються на ізолюючий кар-кас 5, а потім надягають на сердечник. По відношенню до обмотці яко-ря обмотки збудження можуть включатися паралельно або послідовно-вательно. Котушки паралельної обмотки 2 складаються з великого чис-ла витків дроту малого перерізу. Котушки послідовної обмот-ки 3 складаються з незначною кількістю витків дроту великого перетину, по яких проходить великий струм якоря. Для поліпшення ізоляції Катуша-ки компаундіруют, тобто просочують ізоляційними лаками (компаун-дами) в вакуумі при підвищеній температурі, а потім сушать у спеці-альних печах. Полюс в зібраному вигляді кріпиться до станини болта-ми 6.
Додаткові полюси служать для поліпшення комутації машини, тобто забезпечують безіскрова роботу щіток і колектора. Вони складаються з осердя 1 і полюсной котушки 5 (рисунок 1.6) і встановлюються між головними полюсами по лінії геометричної нейтрали. Сердеч-ник має наконечник 2 певної форми. Котушка виготовляє-ся зі смугової міді великого перерізу, так як вона включається пос-ледовательно в ланцюг якоря і по ній проходить великий струм. величина зазору # 948; між полюсом і якорем регулюється при налагодженні ра-боти машини за допомогою магнітних і немагнітних прокладок 4 між полюсом і станиною. Додаткові полюси кріпляться до станини болтами 3.
Якір складається з сердечника магнітопроводу, обмотки 5, вала 6 і конструктивних деталей для їх кріплення.
Сердечник якоря являє собою сталевий циліндр, набраний з штампованих листів 1 (рисунок 1.7) електротехнічної сталі товщі-ной 0,5 мм, які ізолюються одна від одної лаком для уменьше-ня втрат від вихрових струмів.
У листах штампуються пази для розміщення в них обмотки якоря і отвори для насаджування сердечника на вал якоря, для стяжних шпильок і осьової вентиляції. Пакет заліза якоря кріпиться на валу шпонкою, а з торців стягується нажімнимі кільцями. У біль-ших машинах якір складається з декількох пакетів штампованих лис-тів, між якими робляться проміжки для кращого охолодження ма-шини (радіальна вентиляція). Частина сердечника якоря, зайнята па-зами, називається зубцеву зоною.
Обмотка якоря виконується з ізольованого проводу круглого або прямокутного перерізу. Вона складається з окремих елементів - сек-цій (рисунок 1.8), утворених з одного або декількох витків.
Сек-ції виготовляються за шаблонами. Частина секції 1, закладена в пази сердечника якоря, називається пазової або активною частиною. Частина секції 2, розташована поза сердечника - в повітрі і з'єднує активні частини, називається лобовою частиною (лобові з'єднання). Кінці секцій припаиваются до колекторним пластин. Для кріплення секцій в пазах застосовуються дерев'яні, гетінаксових або текстоліт-товие клини. Крім витковой ізоляції обмотка має пазів з-ляцію від сердечника. Лобові частини закріплюються за допомогою прово-молочного бандажа.
Електроізоляційні матеріали, що застосовуються для ізоляції об-моток, за ступенем термостійкості діляться на класи, які допус-кают певну температуру нагрівання. У машинах постійного струму застосовуються в основному класи А, В, С і Н. Колектор (рисунок 1.9) набирається з мідних пластин I, изолиро-ванних один від одного і від вала, на якому він кріпиться, за допомогою міканітових прокладок 8 і манжет 5 , 7. Збоку, зверненої до валу, пластини мають форму ластівчин хвіст 2. У два конусооб-різних поглиблення колектора вставляються ізольовані натискні конуси 3,4, які стягують колекторні пластини в осьовому нап-равлении. У зібраному вигляді колектор спресовують в гарячому сос-тояніе, після чого обточують для додання йому строго циліндричні-кой форми. Залежно від розміру якоря і колектора кінці сек-цій обмотки впаюються в колекторні пластини безпосередньо або через спеці
Колектор (рисунок 1.9) набирається з мідних пластин I, изолиро-ванних один від одного і від вала, на якому він кріпиться, за допомогою міканітових прокладок 8 і манжет 5,7. Збоку, зверненої до валу, пластини мають форму ластівчин хвіст 2.
У два конусооб-різних поглиблення колектора вставляються ізольовані натискні конуси 3,4, які стягують колекторні пластини в осьовому нап-равлении. У зібраному вигляді колектор спресовують в гарячому сос-тояніе, після чого обточують для додання йому строго циліндричні-кой форми. Залежно від розміру якоря і колектора кінці сек-цій обмотки впаюються в колекторні пластини безпосередньо або через спеціальні мідні з'єднання - півники 9. Колектор жорстко кріпиться на валу ротора поруч з сердечником якоря.
Щіткове пристроїв о- призначене для забезпечення електричного зв'язку між нерухомими зажимами, з'єднаними з зовнішньої ланцюгом, і обертається обмоткою якоря (через колектор) (рисунок 1.10).
Воно складається з щіток 1, щіткотримачів 3, пальців 5, траверси 6 і сполучних шин. Безпосередній контакт з колектором 2 має щітка. Вона виконується зазвичай з спеціальним чином оброблений-ної суміші вугілля, графіту та інших компонентів у вигляді прямокутної призми і поміщається в обойму щеткодержателя 4. Щітка може пере-міщан в обоймі в радіальному по відношенню до колектора направ-лення і для щільного прилягання притискається до нього пружиною через натискний важіль. Щіткотримачі кріпляться до пальців 5, які за-деливаются в траверсу 6 через ізоляційні втулки 7. На одному пальці може бути від 2 до 10 щіток, які для рівномірного через носа колектора розташовуються на його поверхні в шаховому по-рядку і з'єднуються з пальцями мідними гнучкими тросами. Число пальців завжди дорівнює числу головних полюсів. Пальці, що мають оди-наково полярність, з'єднуються за допомогою сполучної шини, від якої робиться відведення в клемну коробку машини або до обмотці додаткового полюса.
Траверса може кріпитися до підшипниковий щитам, станини або фундаментної плити. Кріплення дозволяє повертати всю систему щіток щодо станини.
Клемная коробка. У клемной коробці встановлюється ізоляційна панель з клемами, до яких приєднуються висновки обмоток машини для з'єднання із зовнішнім електричною мережею.
При роботі машини постійного струму в режимі холостого ходу (Іа = 0) струм в обмотці якоря практично відсутня і в магніт-ний ланцюга машини діє лише одна МДС обмотки збудження Fo. Магнітне поле машини в цьому випадку є симетричним відно-сительно полюсів і не залежить від напрямку обертання машини і розташування щіток на колекторі (рис. 1).
Мал. 1 - Робота машини постійного струму в режимі холостого ходу
Обмотка збудження є зосередженою на головних полю-сах і будь-яка замкнута магнітна лінія основного потоку охоплення-кість всю суму струмів обмотки. МДС такої обмотки в межах по-люсного ділення # 964; постійна і дорівнює Fo / # 964; (Рис. 1.б). Розподіл магнітної індукції поля уздовж окружності якоря залежить від величини повітряного зазору і наближено показано на рис. 1.б.
При навантаженні машини по обмотці якоря протікає струм, який створює власне магнітне поле. Тому магнітний потік в повітряному зазорі і просторовий розподіл магнітного поля при навантаженні машини буде визначатися спільним намагнічує дією полюсів і якоря. Магнітний потік і розподіл ре-тірующего поля в повітряному зазорі будуть вже іншими, ніж при хо-Лост ході. Вплив МДС якоря Fa на основне магнітне поле машини називається реакцією якоря.
На рис.2 показано поле, ство-дається струмами в провідниках якоря при відсутності МДС головних полюсів, коли щітки стоять на геометричної нейтрали qq. Під кожним полюсом розташовується частина обмотки, в провідниках кото-рій проходить струм одного напрямку. Як видно з рис.2, вісь поля якоря збігається з віссю щіток, які обумовлюють токораздел в якорі. При щітки, встановлених на геометричної нейтрали, кар-тину поля якоря симетрична щодо поздовжньої і поперечного-ної осей машини. Ось отриманого поля спрямована по поперечної осі qq. тому таке поле якоря називають поперечним, а ре-акцію якоря - поперечної.
Якщо накласти поле якоря на поле головних полюсів, то отримаємо картину результуючого поля (рис.3).
Як видно з цього малюнка полі при навантаженні зміщується у напрямку обертання в генераторі (Г) і проти напрямку обертання в двигуні (М), розподіляючись несиметрично щодо осі полюсів. Під набе-гающих краєм полюса генератора поле послаблюється, а під збігаю-щим посилюється. У руховому режимі навпаки. Під воздейст-Вієм поперечної реакції якоря фізична нейтраль (тобто дійсна, на якій В = 0) зміщується на деякий кут # 946; і займає положення mm. У сучасних машин з додатковими полюсами щітки встановлюються на геометричної нейтрали. Однак внаслідок неточної установки щеточной траверси може мати міс-то деяке зрушення щіток щодо геометричної нейтрали. У цьому випадку розподіл струмів якоря щодо головних по-люсов стає несиметричним (рис.4).
МДС якоря Fa. нап-равленіях завжди по лінії щіток, можна розділити на вербі склад-рами: поперечнуюFaq. спрямовану по осі qq. утворить поперечну реакцію якоря і поздовжнє Fad. спрямовану вздовж осі dd. створює поздовжню реакцію якоря. При зсуві щіток з нейтралі в напрямку обертання якоря поздовжня МДС якоря ге-нератора діє назустріч МЛС збудження, тобто розмагнічені-кість машину; при зсуві щіток проти обертання діє згідно з МДС порушення, тобто намагнічує машину. У руховому ре-жимі виходить зворотна картина.
При зсуві щіток з геометричної нейтрали виникає також реакція додаткових полюсів. В генераторах вона віддає размагні-Чіва ефект при зсуві щіток у напрямку обертання якоря та намагнічуючі - при зсуві проти обертання якоря. Добавоч-ні полюса в цьому випадку починають частково виконувати роль глав-них полюсів.
Таким чином, під дією реакції якоря відбувається изме-ня магнітного потоку машини і перерозподіл поля в воз-задушливому зазорі. Це впливає на миттєві значення ЕРС. окремих секцій якоря і результуючу ЕРС його обмотки. Для усунення шкідливого впливу реакції якоря на роботу машини використовуються додаткові полюси, послідовна і компенса-Ціон обмотки.