Особенности устройства машин постоянного тока.
Принципиальны ми отличиями машины постоянного тока от синхронной являются механическое выпрямление тока с помощью коллектора и процессы коммутации тока.
Коллектор обеспечивает выпрямление тока в режиме генератора и обратное его преобразование в режиме двигателя, так как в обмотке якоря протекает переменный ток, а во внешней цепи машины за щетками—постоянный. Коммутация представляет собой процесс переключения щеткой секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую с промежуточным замыканием секции накоротко и изменением направления тока в ней.
Кроме того, отличительной особенностью машины постоянного тока является активность материала станины. Станина несет на себе полюса системы возбуждения и является частью магнитной цепи машины. В связи с этим ее изготовляют из низкоуглеродистой стали литьем или сваркой (в крупных машинах).
Сердечник якоря не отличается от сердечника фазного ротора. В пазах якоря расположены двухслойные обмотки, напоминающие двухслойные обмотки роторов переменного тока, но более разнообразные по типам и сложные по схемам. Секции обмоток якоря соединяются между собой на коллекторе.
Конструкции коллектора.
Конструкции коллектора разнообразны. Широко распространен арочный коллектор (рис. 80). Клиновидные пластины 4, изолированные друг от друга прокладками 8 из миканита, сжимаются конусами 1 и 7, входящими своими кольцевыми конусными выступами в вырезы «ласточкина хвоста» пластин.
Рис. 80. Устройство арочного коллектора:
1, 7 — нажимные конусы, 2 — гайка, 3 — миканитовая манжета, 4 — медная коллекторная пластина, 5 — миканитовый цилиндр, 6 — стальной корпус, 8 — миканитовая прокладка
От пластин конусы изолированы миканитовыми манжетами 3. Прессовка коллектора осуществляется специальной гайкой 2 на стальном втулочном корпусе 6, от которого пластины изолированы миканитовым цилиндром 5. Прессующее усилие на конусном сопряжении пластин и нажимных колец направлено к оси цилиндра. При этом создаются боковые усилия, взаимосжимающие боковые поверхности клиновых пластин и создающие прочную арочную конструкцию.
Рис. 81. Щеточный механизм:
а — траверса, б — щеткодержатель со щетками; 1 — изолированный палец, 2 — кронштейн-луч, 3 —фиксирующий болт, 4 — щеткодержатель, 5 — проводник, 6 — захват, 7 — нажимная скоба, 8 —регулировочная гайка, 9 — пружина, 10 — щетка, 11 — обойма
Втулкой корпуса коллектор с натягом или на шпонках устанавливается на вал.
Щеточный механизм.
Щеточный механизм машины состоит из траверсы, щеткодержателей и щеток (рис. 8!, а, б). Конструкции щеткодержателей различны. Щеткодержатель предназначен для удерживания щетки в определенном положении и создания заданного контактного давления щетки на коллектор (1,5—2,5 Н/см2). Щеткодержатели устанавливаются хомутом на пальцы 1 траверсы (рис. 81, а), а траверса своим отверстием — на посадочный прилив подшипникового щита (изнутри). Траверса закрепляется на щите фиксирующим болтом 3. Пальцы траверсы изолированы. При большом числе щеток вместо пальцев применяют продольные прямоугольные балочки — бракеты. Траверса в этом случае имеет кольцевую форму 10 (рис. 82).
В машинах постоянного тока используют главным образом графитные и электрографитированные щетки. Они обеспечивают большое сопротивление скользящего контакта, что улучшает условия коммутации машины. Основной магнитный поток машины создается обмоткой возбуждения главных полюсов машины.
Главные полюса 5 (рис. 82) по своему устройству мало отличаются от явновыраженных полюсов возбуждения синхронных машин. Главные полюса крепятся к станине сквозными винтами. Резьба под винты нарезается непосредственно в пакете полюса или в закладных прямоугольных стержнях.
Как известно, реакция якоря искажает магнитное поле машины. По этой причине стороны секций обмотки якоря, соответствующие нулевой эдс, перемещаются с геометрической нейтрали на физическую. Угол поворота физической нейтрали пропорционален нагрузке якоря. Если щетки остаются в положении геометрической нейтрали, возникает усиленное искрение на коллекторе. Поворот щеток в положение физической нейтрали позволяет снизить искрение. Однако ее положение меняется с нагрузкой якоря.
Таким образом, при переменной нагрузке однократное изменение положения щеток на коллекторе не улучшает условий коммутации.
Улучшить условия коммутации можно установкой дополнительных полюсов 13 в промежутках между главными полюсами 5. Обмотка 12 дополнительных полюсов выполнена из толстого прямоугольного провода н включена последовательно обмотке якоря. Дополнительные полюса создают магнитный поток, который направлен навстречу потоку реакции якоря и компенсирует его в зоне коммутации как при постоянной, так и при изменяющейся нагрузке. Полярность дополнительных полюсов должна сохранять полярность главных полюсов в зоне коммутации: в генераторе по направлению вращения за главным следует противоположный дополнительный полюс, в двигателе — одноименный.
Дополнительные полюса изготовляют монолитными и крепят к станине так же, как и главные. Применение дополнительных полюсов исключает смещение нейтрали из геометрического положения, но не обеспечивает полной компенсации реакции якоря вдоль всей его окружности.
Рис. 82. Двигатель постоянного тока серии II:
1 —вентилятор, 2 — обмотка якоря, 3 — опорное кольцо, 4 — обмотка главного полюса, 5 —сердечник главного полюса, 6 — сердечник ротора, 7 — выводы секций обмотки якоря к коллектору. S—присоединения секций обмотки к коллектору (петушки), 9 — бракет, 10 — кольцевая траверса, 11 —компенсационная обмотка, 12 — обмотка дополнительного полюса, 13 — сердечник дополнительного полюса
Для создания компенсации реакции якоря вдоль всей его окружности и во всех режимах в наконечниках главных полюсов размещена компенсационная обмотка 11. Магнитная ось ее совпадает с геометрической нейтралью. Обмотка последовательно и встречно включена с обмоткой якоря.
Устройство компенсационной обмотки удорожает машину. Поэтому она применяется только в машинах с резкопеременной нагрузкой при мощности не менее 100 кВт.
