Устройство коллекторной машины постоянного тока

В настоящее время электромашиностроительные заводы изго­товляют электрические машины постоянного тока, предназначен­ные для работы в самых различных отраслях промышленности. Поэтому отдельные узлы этих машин могут иметь разную конструк­цию, но общая конструктивная схема машин одинакова.

Неподвижная часть машины постоянного тока называется ста­тором, вращающаяся часть — якорем (рис. 24.4).

Статор. Состоит из станины 1, главных 3 и добавочных 2 полю­сов. Станина 1 служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замы­кается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины име­ются лапы для крепления машины к фундаментной плите, а по ок­ружности станины расположены отверстия для крепления главных 3 и добавочных 2 полюсов. Обычно станину делают либо цельной из стальной трубы, либо сварной из листовой стали, за исключени­ем машин с весьма большим наружным диаметром, у которых ста­нину делают разъемной, что облегчает транспортировку и монтаж машины.

Главные полюса предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердеч­ника 3 и полюсной катушки 5. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник, который обеспечи­вает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре ма­шины. Сердечники главных полюсов делают шихтованными из листовой конструкционной стали толщиной 1—2 мм или из тонко­листовой электротехнической анизотропной (холоднокатаной) ста­ли, например марки 3411. Штампованные пластины главных полю­сов специально не изолируют, так как тонкая пленка окисла на их поверхности достаточна для значительного ослабления вихревых токов, наведенных в полюсных наконечниках пульсациями магнит­ного потока, вызванного зубчатостью сердечника якоря. Анизо­тропная сталь обладает повышенной магнитной проницаемостью вдоль проката, что должно учитываться при штамповке пластин и их сборке в пакет. Пониженная магнитная проницаемость поперек проката способствует ослаблению реакции якоря (см. § 26.2) и уменьшению потока рассеяния главных и добавочных полюсов (см. §26.1).

Полюса крепят к станине болтами. Полюсные катушки выполня­ют обычно из медного провода, намотанного на каркас из изоли­рующего материала. Иногда катушку (для более интенсивного охлаждения) делят по высоте на части, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Рис. 24.4 Устройство машины постоянного тока типа П92 (75 кВт,220 В,1500 об/мин).

Добавочные полюса 2 применяют в машинах мощностью свыше 1 кВт с целью уменьшения искрения на коллекторе (см. § 27.5). Добавочный полюс состоит из сердечника и катушки, вы­полненной медным проводом, сечение которого рассчитано на рабо­чий ток машины, так как катушки добавочных полюсов включаются последовательно с обмоткой якоря. Добавочные полюса располага­ют между главными полюсами и крепят к станине болтами.

Якорь. Якорь машины постоянного тока состоит из вала 11, сердечника 4, обмотки 6 и коллектора 17. Сердечник яко­ря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штампован­ных пластин тонколистовой электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Листы покрывают с двух сторон изоляционным лаком, сушат, а затем собирают в пакет, который насаживают на вал яко­ря. Такая конструкция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его пе-ремагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверх­ности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые ук­ладывают обмотку якоря. Для лучшего охлаждения машины в сер­дечнике якоря делают аксиальные или радиальные вентиляционные каналы.

Обмотку якоря 6 выполняют медным проводом круглого или прямоугольного сечения. Пазы якоря после заполнения их про­водами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах пазы не закрывают клинь­ями, а накладывают на поверхность якоря бандаж. Бандаж делают из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Лобо­вые части обмотки якоря крепят к обмоткодержателям бандажом.

Коллектор является одним из сложных узлов машины по­стоянного тока. Основными элементами коллектора являются плас­тины трапецеидального сечения из твердотянутой меди, собранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин раз­личают следующие основные типы коллекторов: со стальными кор­пусами, на пластмассе и со стальными кольцами. Последний тип коллектора применяют лишь в быстроходных машинах, когда кол­лекторные пластины при вращении якоря испытывают весьма боль­шие центробежные силы.

В рассматриваемой машине постоянного тока применен коллек­тор 17 со стальным корпусом. Такие коллекторы получили наи­большее применение в машинах постоянного тока общепромышлен­ного применения. Более подробно устройство коллектора со сталь­ным корпусом показано на рис. 24.5. Коллектор состоит из пластин твердотянутой меди 4, разделенных прокладками 8 из специального коллекторного миканита. Набор коллекторных пластин изолирован от стального корпуса двумя миканитовыми манжетами 3 и миканитовым цилиндром 5, надетым на стальную втулку 6. Конусные кольца 1 и 7 стянуты гайкой 2 таким образом, что они, упираясь в нижнюю часть пластин («ласточкин хвост»), сжимают их. При этом пластины прижимаются друг к другу и между ними создается боко­вое давление, называемое арочным распором. Поэтому кол­лекторы со стальным корпусом называют коллекторами арочного типа. Для предотвращения самоотвинчивания гайки 2 ее снабжают стопорным винтом 9.

Рис. 24.5. Коллектор со стальным корпусом

Следует обратить внимание, что коллекторные пластины не ка­саются миканитового цилиндра 5, а удерживаются в стальном кор­пусе исключительно силами арочного распора. Верхняя часть плас­тины, называемая петушком, имеет узкий продольный паз, в кото­рый закладывают проводники обмотки якоря и тщательно припаи­вают.

Чтобы миканитовые прокладки 8 при срабатывании медных пластин не выступали над рабочей поверхностью этих пластин, что вызвало бы разрушение щеток и нарушение работы машины, меж­ду пластинами 4 коллектора фрезеруют пазы (дорожки) на глуби­ну до 1,5 мм.

В машинах постоянного тока малой мощности часто применяют коллекторы на пластмассе, отличающиеся простотой в изготовле­нии. Набор медных и миканитовых пластин в таком коллекторе удерживается пластмассой, запрессованной в пространство между набором пластин и стальной втулкой и образующей корпус коллек­тора. Иногда с целью увеличения прочности коллектора эту пласт­массу 2 армируют стальными кольцами 3 (рис. 24.6). В этом случае миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у медных пластин 1, что исключит замыкание пластин стальными (ар­мирующими) кольцами 3 (4 — стальная втулка).

Щеточное устройство машины. Состоит из щеточной траверсы 14 (см. рис. 24.4), пальцев (бракетов) 15 и щеткодержателей. Ще­точную траверсу обычно крепят к подшипниковому щиту. Пальцы, число которых равно числу главных полюсов, изолированы от тра­версы. На каждый палец устанавливают комплект щеткодержате­лей. Щеткодержатель (рис. 24.7) состоит из обоймы 4, в которую помещают щетку 3, курка 1, представляющего собой откидную де­таль, передающую давление пружины 2 на щетку. Щеткодержатель крепят на пальце зажимом 5. Щетка снабжается гибким тросиком 6 для включения ее в электрическую цепь машины. Все щеткодер­жатели одной полярности соединены между собой сборными ши­нами, подключенными к выводам машины. Одно из основных усло­вий бесперебойной работы машины — плотный и надежный контакт между щеткой и коллектором. Давление на щетку должно быть отрегулировано, так как чрезмерный нажим может

вызвать прежде­временный износ щетки и перегрев коллектора, а недостаточный нажим — искрение на коллекторе.

Помимо указанных частей машина постоянного тока имеет два подшипниковых щита: передний 16 (со стороны коллектора) и зад­ний 8 (см. рис. 24.4). В центральной части щита имеется расточка под подшипник 9. На переднем подшипниковом щите имеется смотровое окно (люк) с крышкой 12, через которое можно осмот­реть коллектор и щетки, не разбирая машины. Концы обмоток вы­ведены на клеммы коробки выводов 13. Вентилятор 7 служит для самовентиляции машины: воздух поступает в машину обычно со стороны коллектора, омывает нагретые части (коллектор, обмотки и сердечники) и выбрасывается с противоположной стороны через решетку 10.