Конструкция и принцип действия машины постоянно тока

Размещено на http://allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

РЕФЕРАТ

Конструкция и принцип действия машины постоянно тока

по дисциплине: Теоретические основы организации монтажа, накладки и эксплуатации машин

Санкт-Петербург 2016

Конструкция машины постоянного тока

Электротехническая промышленность в настоящее время выпускает электрические машины постоянного тока для работы в различных условиях. Корабельные машины имеют особенности конструкции отдельных узлов, но общая конструктивная схема этих машин одинакова. На рисунке (1.1) приведены продольный и поперечный разрез машины нормального исполнения. Машина постоянного тока состоит из 2-х основных частей: неподвижной - статора и вращающейся - якоря. Между ними всегда имеется воздушный зазор.

Рис. 1.1 -- ДПТ в разрезе

Статор, являющийся индуктором, т.е. такой частью машины, в котором наводится магнитное поле, состоит из станины (1), главных (2) и добавочных (3) полюсов. К статору относятся также подшипниковые щиты (7) с подшипниками (11). На статоре крепятся щеточный аппарат (9) и коробка выводов (10).

Якорь состоит из сердечника якоря (4) и коллектора (8), насаженных на вал (6). В машинах с самовентиляцией на валу крепится вентилятор (12).

Станина - служит в качестве магнитопровода и одновременно является конструктивной основой, к которой крепятся главные и добавочные полосы и подшипниковые щиты. Она представляет собой полый цилиндр, отлитый или сваренный из чугуна или стали. У крупных машин станина делается разъемной. На кораблях для удобства обслуживания и ремонта применяются также машины с поворотной станиной. Часть станины, по которой замыкаются магнитные потоки главных и добавочных полюсов, называется ярмом (1). Вместе со станиной отливаются лапы (13) для крепления машины к фундаменту. На станине устанавливается один или несколько рымов (14) для подъема машины.

Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного потока необходимой величины. Главный полюс (рисунок 1.2) состоит из сердечника (1) и катушек обмоток возбуждения (2,3). Со стороны, обращенной к якорю, сердечник заканчивается полюсным наконечником (4), с помощью которого обеспечивается требуемое распределение магнитной индукции в воздушном зазоре.

Рисунок 1.2

Сердечник полюсов набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5ч1,0 мм, покрытых изоляционным лаком для уменьшения потерь от вихревых токов, вызванных пульсацией магнитного потока из-за зубчатости якоря. Листы стали спрессовывают и скрепляют шпильками. Катушки обмоток возбуждения наматываются на изолирующий каркас (5), а затем надеваются на сердечник. По отношению к обмотке якоря обмотки возбуждения могут включаться параллельно или последовательно. Катушки параллельной обмотки (2) состоят из большого числа витков провода малого сечения. Катушки последовательной обмотки (3) состоят из малого числа витков провода большого сечения, по которым проходит большой ток якоря. Для улучшения изоляции катушки компаундируют, т.е. пропитывают изоляционными лаками (компаундами) в вакууме при повышенной температуре, а затем сушат в специальных печах. Полюс в собранном виде крепится к станине болтами (6).

Добавочные полюсы служат для улучшения коммутации машины, т.е. обеспечивают безыскровую работу щеток и коллектора. Они состоят из сердечника (1) и полюсной катушки (5) (рисунок 1.3) и устанавливаются между главными полюсами по линии геометрической нейтрали. Сердечник имеет наконечник (2) определенной формы.

Рисунок 1.3

Катушка изготавливается из полосовой меди большого сечения, так как она включается последовательно в цепь якоря и по ней проходит большой ток. Величина зазора (6) между полюсом и якорем регулируется при наладке работы машины с помощью магнитных и немагнитных прокладок (4) между полюсом и станиной. Добавочные полюсы крепятся к станине болтами (3).

Якорь состоит из сердечника магнитопровода, обмотки (5), вала (6) и конструктивных деталей для их крепления.

Сердечник якоря представляет собой стальной цилиндр, набранный из штампованных листов (1) (рисунок 1.4) электротехнической стали толщиной 0,5 мм, которые изолируются друг от друга лаком для уменьшения потерь от вихревых токов.

Рисунок 1.4

В листах штампуются пазы для размещения в них обмотки якоря и отверстия для насаживания сердечника на вал якоря, для стяжных шпилек и осевой вентиляции. Пакет железа якоря крепится на валу шпонкой, а с торцов стягивается нажимными кольцами. В больших машинах якорь состоит из нескольких пакетов штампованных листов, между которыми делаются промежутки для лучшего охлаждения машины (радиальная вентиляция). Часть сердечника якоря, занятая пазами, называется зубцовой зоной. ротор статор ток индукция машина

Обмотка якоря выполняется из изолированного провода круглого или прямоугольного сечения. Она состоит из отдельных элементов - секций (рисунок 1.5), образованных из одного или нескольких витков.

Секции изготавливаются по шаблонам. Часть секции (1), заложенная в пазы сердечника якоря, называется пазовой или активной частью. Часть секции (2), расположенная вне сердечника - в воздухе и соединяющая активные части, называется лобовой частью (лобовые соединения). Концы секций припаиваются к коллекторным пластинам. Для крепления секций в пазах применяются деревянные, гетинаксовые или текстолитовые клинья. Кроме витковой изоляции обмотка имеет пазовую изоляцию от сердечника. Лобовые части закрепляются с помощью проволочного бандажа.

Рисунок 1.5

Электроизоляционные материалы, применяемые для изоляции обмоток, по степени термостойкости делятся на классы, которые допускают определенную температуру нагрева. В машинах постоянного тока применяются в основном классы А, В, С и Н. Коллектор (рисунок 1.6) набирается из медных пластин I, изолированных друг от друга и от вала, на котором он крепится, с помощью миканитовых прокладок (8) и манжет (5,7). Со стороны, обращенной к валу, пластины имеют форму ласточкиного хвоста (2).

В два конусообразных углубления коллектора вставляются изолированные нажимные конусы (3,4), которые стягивают коллекторные пластины в осевом направлении. В собранном виде коллектор спрессовывают в горячем состоянии, после чего обтачивают для придания ему строго цилиндрической формы.

Коллектор (рисунок 1.6) набирается из медных пластин (1), изолированных друг от друга и от вала, на котором он крепится, с помощью миканитовых прокладок (8) и манжет (5,7). Со стороны, обращенной к валу, пластины имеют форму ласточкиного хвоста (2).

Рисунок 1.6

В два конусообразных углубления коллектора вставляются изолированные нажимные конусы (3,4), которые стягивают коллекторные пластины в осевом направлении. В собранном виде коллектор спрессовывают в горячем состоянии, после чего обтачивают для придания ему строго цилиндрической формы.

В зависимости от размера якоря и коллектора концы секций обмотки впаиваются в коллекторные пластины непосредственно или через специальные медные соединения - петушки (9). Коллектор жестко крепится на валу ротора рядом с сердечником якоря.

Щеточное устройство- предназначено для обеспечения электрической связи между неподвижными зажимами, соединенными с внешней цепью, и вращающейся обмоткой якоря (через коллектор) (рисунок 1.7).

Оно состоит из щеток (1), щеткодержателей (3), пальцев (5), траверсы (6) и соединительных шин. Непосредственный контакт с коллектором (2) имеет щетка. Она выполняется обычно из специальным образом обработанной смеси угля, графита и других компонентов в виде прямоугольной призмы и помещается в обойму щеткодержателя (4).

Щетка может перемещаться в обойме в радиальном по отношению к коллектору направлении и для плотного прилегания прижимается к нему пружиной через нажимной рычаг.

Рисунок 1.7

Щеткодержатели крепятся к пальцам (5), которые заделываются в траверсу (6) через изоляционные втулки (7). На одном пальце может быть от (2) до (10) щеток, которые для равномерного износа коллектора располагаются на его поверхности в шахматном порядке и соединяются с пальцами медными гибкими тросиками. Число пальцев всегда равно числу главных полюсов. Пальцы, имеющие одинаковую полярность, соединяются посредством соединительной шины, от которой делается отвод в клемную коробку машины или к обмотке дополнительного полюса.

Траверса может крепиться к подшипниковым щитам, станине или фундаментной плите. Крепление позволяет поворачивать всю систему щеток относительно станины.

Клемная коробка. В клемной коробке устанавливается изоляционная панель с клеммами, к которым подсоединяются выводы обмоток машины для соединения с внешней электрической сетью.

Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 2.1, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, - к нам. По ходу витка ЭДС складываются, результирующая ЭДС е = е1 - е2.

Рис. 2.1

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него - к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя - отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное.

Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя - с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 2.2), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под действием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 2.2): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний - влево.

Рис.2.2

Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего - в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Направление тока в проводниках витка изменяется на противоположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Противодействующий момент и противо-ЭДС. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС (рис. 2.1, 6), взаимодействие тока с магнитным полем полюсов создает момент М, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки. Так как приложенный к витку вращающий момент приводного двигателя Мвр направлен по часовой стрелке, то возникающий при работе генератора момент называется противодействующим моментом Мпp. По существу, возникновение Мпр -- это реакция машины на воздействие внешнего момента Мвр, а физическая природа противодействующего момента та же, что и вращающего момента у двигателя. В установившемся режиме работы генератора между Мвр и Мпр устанавливается равновесие и Мвр=Мпр.

При работе машины в режиме двигателя проводники якоря пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС (рис. 2.2, б). Ее направление определяется по правилу правой руки. В рассматриваемом случае она направлена против тока и, следовательно, навстречу приложенному напряжению сети U и поэтому называется противо-ЭДС Enp. Физическая природа противо-ЭДС та же, что и ЭДС генератора. В установившемся режиме работы двигателя между Enp и U устанавливается равновесие и можно считать, что Enp ? U.

Таким образом, при работе машины постоянного тока в любом режиме во вращающихся проводниках наводится ЭДС Е и возникает момент М, но роль их в разных режимах различная.

Список используемых источников

1. http://electrono.ru/

2. http://www.induction.ru/

3. http://www.radioingener.ru/

Размещено на Allbest.ru