Файл: Пиотровский Л.М. Электрические машины учебник.pdf

Ра з д е л первый

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава п е рв ая ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1-1. Принцип работы машины постоянного тока

На рис. 1-1 изображена простейшая схема машины переменного тока. Здесь N —S — два неподвижных в пространстве полюса, создающих постоянный как в пространстве, так и во времени маг­

п, об/мин в указанном направлении. В рассматриваемый момент вре­ мени э. д. с. по правилу правой руки направлена в верхнем про­ воднике от b к а, а в нижнем — от d к с. При работе машины гене­ ратором направление тока в проводниках совпадает с направлением э. д. с. Соответственно ток во внешней цепи течет от кольца 1' через щетку 1 во внешнюю цепь и затем возвращается к щетке 2 и кольцу

через которую ток возвращается в машину, имеет отрицательный по­ тенциал и обозначается знаком «минус» ( —).

13

касаться с пластиной 2', но по-прежнему будет иметь положительный потенциал, так как к ней будет подводиться э. д. с. от проводника cd, заменившего проводник ab под северным полюсом. Щетка 2 имеет

отрицательный потенциал (—).

Таким образом, по. витку abed по-прежнему продолжает течь переменный ток, но по внешнему участку цепи ток течет только в од­ ном направлении, а именно, от по­ ложительной щетки 1 к отрицатель­ ной щетке 2, т. е. происходит вып­ рямление переменного тока, проте­

кающего в витке abed, в пульси­ рующий ток, протекающий по внешнему участку цепи (рис. 1-4). Дважды за каждый период ток достигает максимума и дважды он

равен нулю. Для сглаживания пульсаций тока необходимо размес­ тить на сердечнике несколько витков, равномерно распределенных по окружности его, и увеличить количество коллекторных пластин.

1-2. Устройство и основные части машины

С точки зрения происходящих электромагнитных процессов при­ нято выделять в машине две части: 1) часть, обеспечивающую созда­ ние магнитного потока — индуктор, и 2) часть, в которой наводится

лярности, — неподвижен. Необходимыми элементами современной машины постоянного тока являются также коллектор и щетки. Основ­ ные части машины показаны на рис. 1-5.

Индуктор состоит из главных полюсов 1, станины 2 и добавочных полюсов 3. Якорь состоит из зубчатого сердечника 4 и обмотки 5. На одном валу с сердечником якоря размещается также коллектор 6. Все перечисленные части служат для проведения магнитного потока или тока и называются активными частями.

В рассмотренной машине с чередующейся полярностью полюсов индуктора выпрямление э. д. с. и тока производится при помощи коллектора и щеток, что в значительной степени осложняет работу машины. В начале текущего столетия был сделан ряд попыток усовер­ шенствовать бесколлекторную, так называемую униполярную маши­ ну, которая была осуществлена еще в 1831 г. Фарадеем.

На рис. 1-6 представлен один из возможных вариантов унипо­ лярной машины. Стержни 1 обмотки якоря, уложенные в стальном цилиндре 2, пересекают магнитный поток Ф одного направления, который создается обмоткой возбуждения 3. Концы стержней с обоих торцов якоря соединены кольцами 4. Направление э. д. с. в стержнях определяется правилом правой руки и показано стрелками. Контакт между вращающимися кольцами и неподвижными токоотводами осуществляется щетками 5. Так как в данном случае все стержни включены параллельно, то напряжение машины определяется э. д с.

15

одного стержня. Для увеличения напряжения должна быть увеличена окружная скорость стержня или же концы каждого изолированного стержня необходимо присоединить к отдельным кольцам и через щетки включить последовательно так, чтобы о. д. с отдельных стер­ жней складывалась. В обоих случаях значительно возрастают потери от трения щеток о кольца и снижается надежность машины.

Основным достоинством униполярной машины является отсутствие пульсаций напряжения и простота конструкции. Униполярные ма­ шины могут применяться при низком напряжении (до 25 в) и большом токе (свыше 10 000 а). При более высоком напряжении и меньшем токе униполярные машины не имеют существенных преимуществ по сравнению с коллекторными машинами и в настоящее время не изготовляются. Поэтому в дальнейшем рассматриваются рабочие

процессы наиболее распространенных машин постоянного тока с чередующейся полярностью полюсов.

Для нормальной работы машины (рис. 1-5), передачи вращающего момента, обеспечения необходимой жесткости и прочности активных частей имеются конструктивные части: вал 7, подшипники 8 , подшип­ никовые щиты 9 или фундаментная плита с подшипниковыми стой­ ками, щеткодержатели 10. Для охлаждения машины служит венти­ лятор 11.

Главные полюсы предназначены для создания основного маг­ нитного потока в машине. Полюс (рис. 1-7) состоит из сердечника 1 и катушки возбуждения 2. Со стороны, обращенной к якорю, сер­ дечник полюса имеет расширенную часть — полюсный наконечник, при помощи которого достигается необходимое распределение маг­ нитного потока в зазоре между полюсами и якорем. Наконечник ис­ пользуется также для крепления катушки возбуждения. В современ­ ных машинах сердечник полюса собирается на заклепках из листовой стали толщиной 0,5—1 мм. Катушка изготовляется из медного или алюминиевого обмоточного провода. Намотка катушки малых машин производится на шаблон, а крупных машин — на жесткий каркас.

Полюс прикрепляется к станине 3 при помощи болтов 4. Станина представляет собой короткий полый цилиндр, по которому проходит

17 ;

магнитный поток от одного полюса к двум соседним. Кроме того, ста­ нина является основным конструктивным элементом статора, обеспе­ чивающим жесткость и прочность всего индуктора. Если диаметр станины не превышает 1 м, то к ней крепятся также подшипниковые щиты. Станина снабжается лапами для установки на фундаменте или, при небольших размерах, фланцем. Станины современных машин изготовляются из стального проката или стального литья.

Рис. 1-7. Главный полюс

Добавочные полюсы предназначены для улучшения коммутации и применяются в машинах мощностью свыше 0,6 кет. Добавочный полюс (рис. 1-8), так же как главный, состоит из сердечника 1 и катуш­ ки 2. Добавочные полюсы устанавливаются между главными и кре­ пятся к станине болтами. Обычно сердечники добавочных полюсов выполняются из стальной поковки, но в машинах, работающих при резко переменной нагрузке, они выполняются из листовой стали.

Для изготовления сердечника якоря применяется листовая электротехническая сталь толщиной 0,5 мм. Если диаметр якоря не превышает 1 м, то сердечник собирается из цельных дисков (рис. 1-9) либо колец, а при больших диаметрах сердечник собирается из коль­ цевых сегментов (рис. 1-10). Для уменьшения потерь от вихревых токов поверхность дисков ц сегментов покрывается изоляционным лаком. Если осевой размер сердечника превышает 25 см, то обычно

18