Принцип действия электрического двигателя постоянного тока
Принцип действия электрического двигателя постоянного тока основывается на законе электромагнитной силы, т. е. если взять проводник с активной длиной l (см) и по нему пропустить ток величиной iо (А) и поместить его в магнитное поле с индукцией В (В с/см2), то на проводник будет действовать электромагнитная сила fэл (кгс) (рис. 1.9):
(4)
Рисунок 8– Искажение внешнего магнитного поля проводником, помещенным в это поле и создающим по обе стороны сгущение и разряжение силовых линий
При рассмотрении рис. 1.10 видно, что на каждый проводник якоря будет действовать элементарная электромагнитная сила fэл.На рис. 1.10 также показаны: d-d - продольные оси; ОВ - обмотка возбуждения, установленная на главных полюсах; Х-Х— поперечная ось ЭМ; 1а - ток нагрузки; Da - диаметр якоря.
Ток в каждом проводнике якоря определяется так:
. (5)
При нагрузке ЭМ на якорной обмотке проходит ток,намагничивающий сердечник. Поэтому приближенно сердечник простейшей двухполюсной машины с расположенной на нем якорной обмоткой можно рассматривать как электромагнит, имеющей полюса Na и Sa, магнитные потоки которых взаимодействуют с магнитными полями главных полюсов N я S (см. рис. 1.9).
Магнитный поток якоря Фа называется поперечным полем, а магнитный поток главных полюсов Фо — продольным (см. рис. 1.9).
|
|
|
Возникновение элементарной электромагнитной силы fm является результатом взаимодействия магнитных силовых линий поперечного потока Фа с упругими силовыми линиями продольного магнитного потока Фо. В результате этого взаимодействия силовые линии продольного магнитного поля искажаются и возникает fэл. Таким образом, взяв произведение /ш на диаметр якоря пополам, получаем электромагнитный момент Мэл, т. е. Мэл = fэл Da /2. В результате этого якорь начинает вращаться. В двигателе Мэл является ускоряющим скорость якоря вращающим моментом, а в генераторах является тормозящим моментом (рис. 1.10).
Рисунок 10– К объяснению возникновения электромагнитного момента: а — направление поля возбуждения; б - направление поля якорной обмотки; в — направления поля машины при нагрузке
Устройство основных конструкционных узлов электрической машины.
Любой генератор постоянного тока состоит из двух частей: ротора и статора. Ротор тягового двигателя преобразует энергию одного вида в энергию другого вида. Основными частями его являются вал, сердечник, нажимные шайбы, обмотка, коллектор, опорно-осевые подшипники и втулка(коробка). У некоторых тяговых двигателей сердечник якоря насажен непосредственно на вал. Статор в свою очередь состоит из станины, электромагнитов и щёточного аппарата. Рассмотрим части электрической машины более подробно.
|
|
|
Сердечник. Сердечник якоря представляет собой часть магнитной системы тягового двигателя, вращающуюся относительно остальных элементов магнитной цепи. Вращающий момент якоря развивается за счет касательных усилий, возникающих в зубцах сердечника. При вращении происходит постоянное перемагничивание с высокой частотой пакета сердечника якоря, что создает в сердечнике потери на гистерезис. Кроме того, от наводимых в сердечнике э. д. с. появляются вихревые токи, которые также приводят к потере энергии, т. е. снижают к. п. д. двигателя.
Чтобы снизить эти потери, сердечник якоря набирают из отдельных листов электротехнической стали Э-12 толщиной 0,5 мм. Наличие в стали кремния улучшает ее электротехнические свойства, но делает ее более хрупкой, поэтому электротехническая сталь, применяемая для сердечника якорей, является стабилизированной
Рисунок 11–Сердечник якоря с обмоткой
Листы сердечника покрыты слоем лака № 302 толщиной 0,012—0,014 мм для уменьшения потерь в собранном пакете. С этой же целью через каждые 50 мм длины пакета проложен лист электрокартона толщиной 1 мм. Листы сердечника изготавливают штамповкой в виде неразрезных дисков по форме поперечного сечения якоря. По окружности листы имеют пазы для размещения обмотки якоря. Внутреннее отверстие имеет шпоночный паз, посредством которого фиксируются якорные листы.
|
|
|
В листах сердечника якоря имеется три ряда отверстий диаметром 20 мм для прохождения охлаждающего воздуха. Пакет из листов якоря спрессовывают под давлением 45—50 кгс/см2 (4,5—5,0 МПа), после чего на вал напрессовывают втулку коллектора, коллектор и нажимной конус.
Втулка коллектора запирается специальной гайкой, которая удерживает втулку от осевого сдвига. В механическом отношении сердечник монолитен, не имеет распущенных и ослабших листов.
Коллектор.Коллектор — один из основных и наиболее ответственных узлов тягового двигателя постоянного тока. Он служит для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря двигателя в момент, когда проводники проходят нейтральную линию .Коллектор наиболее нагружен в электрическом отношении, и условиями его надежной работы ограничиваются предельные мощности тяговых двигателей. Диаметр коллектора современных тяговых двигателей превышает 800 мм, число пластин достигает 600.
|
|
|
Медные пластины коллектора имеют в сечении форму клина. Одна от другой они изолированы прокладками из коллекторного миканита. Миканит изготовляют из лепестков слюды, обладающей очень высокими электрической прочностью и теплостойкостью, а также влагостойкостью. Склеивают лепестки специальными лаками или смолами.
В нижней части коллекторные и изоляционные пластины имеют форму так называемого «ласточкиного хвоста». «Ласточкины хвосты» пластин и прокладок надежно зажаты между коробкой коллектора и нажимной шайбой, стянутыми болтами. Такое крепление обеспечивает сохранение строго цилиндрической формы коллектора, что очень важно, так как к поверхности коллектора все время прижимаются щетки. Стоит хотя бы одной пластине выйти за очертания окружности коллектора, как щетки начнут подпрыгивать, искрить, что может привести к повреждению двигателя! То же самое может произойти при недостаточно высоком качестве обработки коллектора, а также в случае образования на его поверхности вмятин и выступов.
От коробки и нажимной шайбы коллекторные пластины изолируют, прокладывая конусы и цилиндр, изготовленные из миканита. Коллекторные пластины имеют выступы, называемые петушками. В петушках сделаны прорези, куда впаивают концы секций обмотки якоря.
Во время работы двигателя щетки истирают поверхность коллектора. Миканит более износостоек, чем медь, поэтому в процессе работы поверхность коллектора может стать волнистой. Чтобы этого не произошло, изоляцию в промежутках между медными пластинами после сборки коллектора делают меньшей высоты — продороживают коллектор специальными фрезами.
Остов. В современных электрических машинах остов отливают из стали. Он составляет часть магнитной системы машины и служит для укрепления полюсов с катушками и выводных зажимов, а также для поддержания боковых щитов, несущих подшипники якоря.
Остовы тяговых двигателей (рис.13) обычно выполняют восьмигранными или цилиндрическими. В них имеются приспособления для монтажа двигателя на тележке, люки для осмотра коллектора и щеток, отверстия для подвода и выхода наружу охлаждающего воздуха и пр. Внутри остова предусмотрены обработанные приливы для установки полюсов, обеспечивающие строго симметричное расположение их на машине. В торцовых стенках остова имеются горловины для установки и крепления подшипниковых щитов.
Полюсы. В современных стационарных и тяговых машинах постоянного тока устанавливают главные и добавочные полюсы.
Рисунок 14– Главный (а) и добавочный (б) полюсы: 1 – сердечник главного полюса; 2 – катушка главного полюса; 3 – корпусная изоляция катушки; 4 – установочные болты; 5 – опорный угольник; 6 – сердечник добавочного полюса; 7 – катушка добавочного полюса
Главные полюсы (рис.14, а), на которых расположены катушки обмотки возбуждения, служат для создания в машине магнитного потока возбуждения. Часть сердечника главного полюса со стороны, обращенной к якорю, выполнена более широкой и называется полюсным наконечником. Эта часть служит для поддержания катушки, а также для лучшего распределения магнитного потока по поверхности якоря.
Сердечники главных полюсов для уменьшения вихревых токов изготовляют шихтованными — из отдельных стальных листов толщиной 0,5—1,5 мм. Электрические машины могут иметь два, четыре, шесть и в общем случае 2р главных полюсов. Главные полюсы укрепляют на остове болтами
Рисунок 14– Сердечники главных полюсов: 1 — заклепки; 2 — установочный болт; 3 — сердечник полюса; 4 отверстие под установочные болты; 5— полюсный наконечник; 6— установочный стержень; 7 – боковина
Добавочные полюсы (см. рис13, б) обеспечивают уменьшение искрения, возникающего при работе машины. По своим размерам они меньше главных. Число добавочных полюсов обычно равно числу главных. В машинах постоянного тока сердечники добавочных полюсов изготовляют из стали. Они имеют монолитную конструкцию, так как значение индукции под добавочными полюсами выбирается обычно небольшим и при вращении якоря индуцирования вихревых токов в их наконечниках практически не происходит.
Катушки полюсов изготовляют из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения или из шинной меди. Площадь поперечного сечения проводников и число витков катушек зависят от типа, мощности и напряжения машины.. Катушки всех главных полюсов обычно соединяются последовательно и составляют обмотку возбуждения машины. Катушки добавочных полюсов также соединяют последовательно.
Компенсационная обмотка, применяемая в тяговых мощных двигателях постоянного тока, служит для компенсации реакции якоря. Обмотку располагают в пазах наконечника главных полюсов и соединяют последовательно с обмоткой якоря. В отечественных тяговых двигателях применена хордовая компенсационная обмотка из мягкой прямоугольной медной проволоки, выполняемая катушками, которые можно устанавливать и снимать независимо от других обмоток. Крепят компенсационную обмотку в пазах клиньями.
Щеточный аппарат. Щетки предназначены для соединения коллектора с внешней цепью. Они представляют собой прямоугольные призмы шириной 4—32 мм (рис. 15 а). Рабочую поверхность щеток пришлифовывают к коллектору, чтобы обеспечить надежный контакт. Каждая щетка имеет определенную марку. Щетки различных марок различаются составом, способом изготовления и физическими свойствами.
Рисунок 15– Неразрезные (а) и разрезные (б) щетки электрических машин: 1 – кабельный наконечник; 2 щеточный канатик; 3 — щетка; 4 — резиновый гаситель; 5 — нажимной палец; 6 — разрезная щетка; 7— обойма
Щетки, применяемые для электрических машин, подразделяются на четыре основные группы: угольно-графитные, графитные, электро-графитированные и металлографитные. Для каждой машины, работающей в определенных условиях, нужно применять щетки только соответствующих марок. Эти марки подбираются заводом — изготовителем машин; при замене изношенных щеток нужно брать щетки той же марки. В тяговых электрических машинах применяют исключительно электрографитированные щетки, которые обладают хорошими коммутирующими свойствами, значительной механической прочностью и способностью выдерживать большие перегрузки.
Щетки устанавливают в специальные обоймы, называемые щеткодержателями (рис.16, а). Для отвода тока от щетки к ней прикрепляют медный гибкий проводник (щеточный канатик), который присоединяют к щеткодержателю. Одним из основных условий хорошей работы щеток является плотный, надежный контакт между щеткой и коллектором. Он достигается при помощи нажимного устройства, смонтированного на щеткодержателе. Нажим на щетку осуществляется пружиной (спиральной, цилиндрической или пластинчатой), упирающейся одним концом в щетку, а другим — в щеткодержатель. В тяговых двигателях нажимная пружина воздействует на специальный палец, прижимаемый к верхней торцовой поверхности щетки (рис.16.б).
Рисунок–16. Щеткодержатели вспомогательных машин (а) и тяговых двигателей (б): 1 — изолятор; 2 — пружина; натяжное устройство; 4 — обойма; 5 — щетка; 6 — щеточный палец; 7 — нажимной малец; 8 — щеточный канатик; 9 – кронштейн
Кроме описанных выше частей, в электрических машинах имеется ряд конструктивных деталей: подшипники, подшипниковые щиты (крышки), смазочные и маслозащитные устройства, система охлаждения и т. п.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 755; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!