Типы обмоток якоря и их характеристики

КОНСПЕКТ

 

 

ПО

 

ЭЛЕКТРОМАШИНАМ

ЭЛЕКТРОВОЗОВ

 

 

ГРУППА МЭ — 129

 

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Погодин Юрий Михайлович

 

ЯРОСЛАВЛЬ 2008Г.

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

 

Электромашины классифицируются по:

 

-- назначению (двигатели, генераторы, преобразователи и т.д.)

-- по роду тока (постоянного, переменного, пульсирующего)

-- по способу охлаждения (самовентилируемые, принудительное, естественное)

 

 

ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Независимо от назначения, габарита, мощности и т.д., электромашины постоянного тока (ЭМПТ) состоят из следующих основных частей:

-- остов

-- главные полюса

-- дополнительные полюса

-- якорь

-- щеткодержатель

-- подшипниковые щиты

 

ОСТОВ — стальной, изготовляется отливкой. Имеет следующие технологические отверстия:

-- для ввода кабелей

-- для крепления полюсов

-- вентиляционные

-- для крепления подшипниковых щитов

-- смотровые люки

Остов является частью магнитной системы, а также служит для крепления главных и дополнительных полюсов.

ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА — состоит из шихтованного сердечника с обмоткой возбуждения и компенсационной обмоткой. Сердечник имеет сложную форму. Узкую – для крепления к остову, с дальнейшим уширением для укладки обмотки. Эта широкая часть, называется полюсным наконечником. В машинах большой мощности, для компенсации реакции якоря, применяется компенсационная обмотка. Она подключается последовательно обмоткам возбуждения и укладывается следующим образом. Половина обмотки на одном полюсе, а другая половина на соседнем полюсе. В результате одна сторона полюсного наконечника подмагничивается, а другая размагничивается. Другими словами магнитное поле главных полюсов, уничтоженное реакцией якоря, восстановится, а увеличенное магнитное поле, уменьшится. Число главных полюсов всегда должно быть чётным и равно 2Р, где Р – число пар полюсов.

 

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬ — условная линия, разделяющая пространство под одной парой полюсов на равные участки.

 

ФИЗИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬ — условная линия, разделяющая магнитные потоки одной пары полюсов, полученные в результате искривления магнитного поля от реакции якоря.

 

Расстояние между осями соседних полюсов, обозначается буквой (ТАУ), т.е. полюсное деление. Это расстояние находится по формуле:

Д * П

ТАУ= -----------, где Д – диаметр сердечника

2Р П – число «пи» (3,14)

Р – число пар полюсов

Дополнительные полюса, для борьбы с коммутацией, устанавливаются на физической нейтрали и численно равны 2Р, т.е. количеству главных полюсов.

Сердечник ДП крепится к остову через изоляцию (дерево, текстолит, гетинакс) для уменьшения магнитного насыщения сердечника ДП. Обмотка ДП соединяется последовательно с обмоткой якоря. Катушки главных и дополнительных полюсов изготавливаются намоткой из изолированного провода, круглого или квадратного сечения. Возможно применение шинного профиля. В качестве материала проволоки, применяется твёрдотянутая медь.

ЯКОРЬ — вращается в подшипниковых щитах. Состоит из вала, сердечника, обмоток, коллектора. У двигателей большой мощности на вал напрессовывается втулка и на этой втулке, собирается сердечник. Втулка необходима для того, чтобы можно было заменить неисправный вал, без разборки сердечника.

 

СЕРДЕЧНИК – шихтованный, набран из листов, электротехнической стали. В каждом листе имеются прорези, в виде зубцов в верхней части, для укладки обмотки и круглые отверстия в средней части, для создания вентиляционных каналов. Сборный сердечник сжимается на втулке с помощью нажимных шайб. Обмотка якоря выполняется в виде секций, из медного провода, круглого или квадратного сечения.

 

Секция – часть обмотки якоря, расположенная между двумя коллекторными пластинами, которые следуют одна за другой по ходу обмотки.

Активные части секций располагаются в пазах под разноимёнными полюсами, одной пары полюсов. Начало и конец секции припаивается к петушкам коллекторных пластин. Часть секции, которая соединяет активные части, называют лобовой и её длина по прямой, должна быть численно ТАУ.

Активные части (А – Б; Г – В) укладываются в пазы сердечника с помощью текстолитовых бандажей. Лобовая часть (Б – В) крепится с помощью стеклобандажной ткани.

 

КОЛЛЕКТОР — является механическим преобразователем (инвентором), т.е. преобразует постоянный ток, подведённый к ТЭД (коллектору), в переменный, протекающий по обмоткам якоря и снова преобразует его в постоянный, для отвода от коллектора.

Коллектор собирается на миканитовом конусе, из отдельных медных или кадмиево-бронзовых пластин, толщиной 5-8 мм. Пластины друг от друга изолируют миканитовыми прокладками. Собранный вал устанавливают на балансировочный станок, где производят:

-- обточку коллектора

-- шлифовку коллектора

-- продорожку коллектора, глубиной 0,8 - 1,2 мм, (браковочный размер 0,5 мм)

-- балансировку коллектора

В двигателе коллектор служит для подвода напряжения и для изменения направления тока в проводниках якоря, когда проводник переходит из магнитного полюса одной полярности, в другую. С целью, чтобы вращающий момент имел одно и тоже направление.

 

ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ— предназначен для создания скользящего контакта между коллектором и щётками. Состоит из щёток, траверсы, изоляторов, щёткодержателя с кронштейнами. Щёткодержатель с кронштейнами служит, для крепления щётки, для подвода или отвода тока к коллектору, а также для создания контактного давления 1,5 - 3,5 Н/см2 (150 – 350 гр./см2). Кронштейны удерживают щёткодержатели и являются одновременно изоляторами. Кронштейны щёткодержателей представляют собой фарфоровый изолятор в виде цилиндра, с армированным в него металлическим болтом. Кронштейн вворачивается в поворотную траверсу, которая служит для крепления щёткодержателей, осмотра и замены щёток, а также для точной установки щёток на геометрической нейтрали.

ЩЁТКИ — имеют вид прямоугольной призмы, шириной от 4 до 32 мм. Щётка состоит из двух раздельных щёточек, которые соединяются между собой параллельно, для уменьшения силы тока. Щётки бывают:

-- угольно-графитовые

-- металло-графитовые

-- электрографитированные

В ТЭД преобладают электрографитированные щётки. Перед установкой, новые щётки необходимо обработать (притереть) по форме коллектора.

Разрезные щётки не только уменьшают плотность подводимого тока, но также уменьшают реактивную ЭДС.

Реактивная ЭДС перетекает от пластины к пластине по разрезной щётке. Каждая из щёточек обладает сопротивлением, соответственно часть реактивной ЭДС, будет гаситься на щёточках, соответственно ток реактивной ЭДС уменьшится.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

 

Любой электродвигатель постоянного тока действует по правилу левой руки, которое гласит:

Если вытянутые пальцы левой руки расположить по направлению тока протекающего в проводнике, а магнитно-силовые линии северного полюса будут входить в ладонь под прямым углом, то отогнутый, большой палец покажет направление выталкивающей силы».

Простейший электродвигатель, представляет собой виток, с током помещённый в постоянное магнитное поле. Участок, соединяющий горизонтальные проводники витка, не обтекается магнитным потоком, т.е. на него не действует выталкивающая сила.
Ток в горизонтальных проводниках идёт в различных направлениях, значит и выталкивающая сила действует в противоположных направлениях, но при этом они равны. Горизонтальные витки, разнесены между собой на плечо R, поэтому в витке возникает вращающий момент.

 

 

ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

 

Современные машины постоянного тока, в том числе и ТЭД, обычно делают многополюсными, т.е. они имеют не одну, а две, три и более пар полюсов. При этом проводники обмотки якоря могут быть соединены двумя способами, и в зависимости от этого получают обмотки 2-х типов:

-- петлевую

-- волновую

Пластины коллектора, которые расположены по окружности, на рисунке изображают в виде развёртки на плоскости. Это позволяет показать расположение проводников обмотки относительно полюсов магнитной системы, соединение проводников один с другим и с пластинами коллектора, а также соединение секций.

А) ПЕТЛЕВАЯ Б) ВОЛНОВАЯ

Для получения петлевой обмотки (см. схему) начало проводника 1 присоединяют к коллекторной пластине 1`, а конец его соединяют с началом проводника 2. Конец проводника 2 присоединяют к пластине 2`. Проводники 1 и 2 образуют одну секцию, имеющую форму петли. Поэтому обмотка и получила название петлевой. Далее, начало проводника 3 соединяют с пластиной 2`, а конец – с проводником 4 и т.д., пока последний проводник не соединится с коллекторной пластиной 1`

Для получения волновой обмотки, начало проводника 1, расположенного под северным полюсом первой пары полюсов, присоединяют к коллекторной пластине 1`, а конец к проводнику 2, как в петлевой обмотке. Затем, в отличие от петлевой обмотки, конец проводника 2 через соответствующую коллекторную пластину 2`, расположенную уже не рядом с пластиной 1`, соединяют с проводником 3, находящимся под северным полюсом следующей пары полюсов. проводник 3 соединяют с проводником 4, расположенном под полюсом той же пары полюсов, и через коллекторную пластину с проводником 5, находящимся под северным полюсом первой пары полюсов, и так до тех пор, пока обмотка не замкнётся