Електричні машини постійного струму

Лекція 8

Тема: Електричні машини постійного струму

План лекції

1. Загальні визначення.

2. Конструкція машини постійного струму.

1. Загальні визначення

Зовнішнє елек­тричне коло цієї машини є колом постійних струму і напруги, що і є підставою її назви.

На практиці склалося так, що машини постійного струму (МПС) використовуються пере­важно як двигуни, хоча вони в загальному парку електродвигунів за сумарною потужністю займають частку, не більшу 5...6%.

Двигуни постійного струму (ДПС) мають наступні переваги: легко керуються (тобто простими засобами ефективно регулю­ється частота обертання), можуть розвивати великий пусковий момент (обертальний момент при включенні). Унаслідок цього ДПС переважно використовуються на транспорті, в підйомно-крановому обладнанні, на прокатних станах тощо. Мікродвигуни постійного струму широко використовуються в пристроях авто­матичного керування.

Обмежене розповсюдження ДПС пов'язано з їхніми недолі­ками: у порівнянні з двигунами змінного струму при однаковій потужності ДПС мають більші габарити, масу, ціну, їхня конструк­ція складніша, вони менш надійні, бо мають ковзні електричні контакти. Крім того, для ДПС необхідні джерела живлення постійного струму, в той час як всюди поширені електромережі змінного струму.

Генератори постійного струму (ГПС) мають ще більш обмежене застосування, наприклад, в автономному електрообладнанні на транспорті, в установках електроживлення ДПС, в системах автоматичного регулювання та ін. Як стаціонарні джерела постійного струму і напруги ГПС програють за техніко-економічними показ­никами напівпровідниковим випрямлячам, що живляться від мереж змінного струму.

МПС можуть бути виконані на потужність від одиниць ватт до порядку десяти тисяч кіловатт. Їхня частота обертання може зна­ходитися в діапазоні від одиниць об/хв до тисяч об/хв. На малі і середні потужності МПС випускаються серійно, на великі потуж­ності (сотні кВт і вище) - за спеціальним замовленням.

Вітчизняні МПС загальнопромислового призначення пройшли шлях розвитку в рамках серій П, 2П і 4П і продовжують його в серії 5П. Існують і спеціалізовані серії, наприклад краново-мета­лургійні ДПС, рудничні ДПС. Свою специфіку, пов'язану з жор­стко обмеженими установочними розмірами на рухомих засобах, мають тягові ДПС. Окремо стоять МПС для екскаваторів, сухо­путних і морських бурових установок, шахтних підйомників, які характеризуються великою потужністю і важкими умовами екс­плуатації. Найбільшими і граничними за потужністю є ДПС головних приводів прокатних станів і криголамів.

2. Конструкція машини постійного струму

Конструкція МПС єдина і для ГПС, і для ДПС. Вона подана на рис. 13.1 у поздовжньому розрізі і на рис. 13.2 - у поперечному. Нерухома частина МПС - статор - установлюється лапами 1 на фундамент; рухома частина - ротор (в МПС його прийнято нази­вати якорем) тримається підшипниками 2, які закріплені в під­шипникових щитах 3 статора.

Рис. 13.1

Механічною основою статора слугує станина 4, до якої бол­тами прикріплюються осердя головних 5 і додаткових 6 полюсів. Котушки 7, надіті на головні полюси, об'єднані в одне коло і створюють обмотку збудження; котушки 8 додаткових полюсів створюють свою обмотку. Представлений варі­ант МПС є чотириполюсним, тобто 2р=4, де р - кількість пар полюсів. Значення р може бути від 1 до 9 і більше, зростаючи разом з потуж­ністю і габаритами машин.

Механічною основою якоря є вал 9, вільний кінець якого може за допомогою муфти з'єднуватися з приводним двигуном або виконавчим механізмом. На валу закрі­плені шихтоване феромагнітне осердя 10 і циліндричний колек­тор 11. У пазах на поверхні осердя якоря розташовані ізольовані провідники 12, попарно з'єднані лобовими частинами 13 і утворю­ють секції, кінці яких 14 припаяні до колекторних пластин 11. Ці пластини виконуються з міді або її сплаву і відділені одна від одної ізоляційними прокладками. Створене таким чином складне елек­тричне коло називається обмоткою якоря, її зв'язок із зовніш­ньою мережею здійснюється через ковзні контакти, створені щіт­ками 15 і поверхнею колектора 11.

Рис. 13.2

Щітки та їхня система кріплення відносяться до статора. Кіль­кість комплектів щіток відповідає кількості головних полюсів, і вони на однаковій відстані розподілені по окружності колектора. Щіткотримачі 16, об'єднані в бракети, встановлені на щіткових траверсах 17, що прикріплюються до підшипникового щита.

Обмотка якоря, а також інші обмотки виконуються з мідних ізольованих проводів. Вхідні затискачі всіх обмоток зосереджені в коробці виводів 18. І тут обмотки можуть бути з'єднані одна з одною або із зовнішньою мережею.