Устройство машины постоянного тока

Машина состоит из неподвижной части статора и вращающейся части – якоря (ротора) (риc.3.1). Статор – кольцевой сплошной магнитопровод (станина), на внутренней стороне которого расположена одна или несколько пар магнитных полюсов из стальных пластин и намотанные на них обмотки возбуждения. В машинах малой мощности иногда обмотки возбуждения отсутствуют, а статор представляет собой постоянный магнит с полюсами. В машинах большой мощности для уменьшения искрения на коллекторе якоря между главными полюсами устанавливают дополнительные полюса.

Рис.3.1. Устройство электрической машины постоянного тока.

l-коллектор: 2-щетки; 3-сердечиик якоря; 4 -сердечник главного полюса; 5 - полюсная катушка; 6 - станина; 7 – подшипниковый щит; 8 - вентилятор; 9- обмотка якоря.

Якорь сердечника состоит из сердечника с пазами, в которых уложена обмотка коллектора, и вала. Сердечник набирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5мм, покрытых изолирующим лаком.

Обмотка якоря состоит из секций в виде многовитковой рамки с током. Концы секций прикрепляются к медным пластинам коллектора, укрепленных на изоляторе, сидящем на валу, как и сердечник якоря. К коллектору подсоединяется внешняя цепь с помощью неподвижных меднографитовых щеток, укрепленных в щеткодержателях и прижимаемых к коллектору с помощью пружин.

Вал коллектора закрепляется в боковых крышках статора с помощью подшипников, так что между полюсами статора и вращающимся сердечником якоря имеется равномерный зазор порядка или меньше 1 мм.

3.1.2. Режим – генератора.

Рассмотрим односекционную обмотку якоря при работе в режиме генератора. Якорь вращается внешним устройством (двигатель внутреннего сгорания, паровая, газовая, гидравлическая или ветряная турбина) так что проводники имеют тангенциальную скорость (рис.3.2). В результате на отпайке секции на паре коллекторных пластин возникает ЭДС , где - общая длина продольной части обмотки секции. Эта ЭДС снимается с помощью щеток и подается в внешнюю цепь с нагрузкой R_H.

Рис. 3.2. Односекционная обмотка якоря при работе в режиме генератора.

При замыкании внешней цепи в нагрузке протекает ток , где R_i – внутреннее сопротивление обмотки секции. Как только в обмотке возникает ток, т.е. движение электронов, на обмотку начинает действовать тормозящая сила . Для преодоления этой силы от механического приводного двигателя требуется мощность , т.е. равная вырабатываемой электрической мощности.

Реальная мощность двигателя за счет трения должна быть больше. За счет этих механических потерь, электрических потерь в обмотках и магнитных потерь в сердечнике якоря на гистерезис и вихревые токи КПД генератора снижается до 80-95%, причем более высокий КПД соответствует машинам большей мощности.

Кроме тормозящей силы ток в якоре создает дополнительное магнитное поле перпендикулярное магнитному полю обмотки возбуждения, что сдвигает результирующее поле для генераторов по ходу вращения, для двигателей – против вращения. Это явление называют реакцией якоря и требует сдвига плоскости щеток на коллекторе, что при изменении нагрузки невозможно. Кроме того, под полюсным наконечником магнитное поле становится неоднородным, усиливающимся в сторону вращения и ослабляющим с другой стороны. Это также приводит к дополнительному искрению на коллекторе.

Для борьбы с реакцией якоря в мощных машинах в продольные пазы полюсов укладывают проводники, последовательно соединенные с якорем, создающие магнитное поле, противоположное магнитному полю якоря.