Машины постоянного тока

Машины постоянного тока подключаются к сети постоянного тока. В автономных системах машина постоянного тока является источником постоянного тока в генераторном режиме, а в режиме двигателя потребляет энергию от источника постоянного тока.

В машинах постоянного тока преобразование постоянного тока в многофазный переменный ток осуществляется механическим преобразователем частоты – коллектором. Собственно к машинам постоянного тока и относятся коллекторные машины постоянного тока.

Двигатели постоянного тока обеспечивают большие пределы регулирования частоты вращения при высоких энергетических показателях и механических характеристиках, удовлетворяющих требованиям большинства механизмов.

Двигатели постоянного тока используются на транспорте (электровозы, тепловозы, трамвай, троллейбус, в станках, прокатных станах, кранах и т.д.). Двигатели постоянного тока широко применяются также в авиации, автомобилях, космической технике. Они могут получать питание от аккумуляторных батарей и солнечных элементов. Многие автономные энергетические системы – системы постоянного тока.

Генераторы постоянного тока применяются для питания электролизных и гальванических установок и питания обмоток возбуждения синхронных машин. Во многих автономных установках генераторы постоянного тока вырабатывают большую часть мощности, необходимую для обеспечения электродвижения судов, тепловозов и других передвижных установок.

В настоящее время электрические машины общего назначения выпускаются в виде серий, охватывающих определенный диапазон мощностей, частот вращений и напряжений.

Для широко регулируемых электроприводов с диапазоном регу­лирования частоты вращения до 1: 2000 выпускаются двигатели серии ПБС (без встроенного тахогенератора) и ПБСТ (с тахогенератором). Двигатели предназначены для станкостроения. Они выпускаются в закрытом исполнении (IP44) с естественным охлаждением. Электродвигатели серии ПГ (без тахогенератора) и ПТГ (с тахогенератором) предназначены для работы в быстродействующих следящих и широкорегулируемых электроприводах металлорежущих станков и других рабочих машин.

Режим работы продолжительный, возбуждение независимое. Номинальные мощности – от 1 до 9 кВт. Частота вращения – 3 000 об/мин. Двигатели серий ПВ, ДК1, ДП, ДПУ, ПЯ – 250Ф с возбуждением от постоянных магнитов предназначены для работы в широкорегулируемых приводах подач металообратывающих станков.

Двигатели допускают большие перегрузки по моменту. Машины серий ПВ и ДК1 выполняются с пазовым якорем, машины серии ДП – с полым якорем и машины серий ДПУ и ПЯ-250Ф с дисковым якорем. Существуют также серии двигателей для электрического транспорта, крановых двигателей, мощных двигателей для прокатных станов, для судов и др. В настоящее время осваивается новая серия машин постоянного тока – 4П, она имеет улучшенные массогабаритные показатели. У всех машин серии 4П имеется распределенная компенсационная обмотка, а магнитопроводы статора и якоря у них выполняются шихтованными.

Основной серией машин постоянного тока общего назначения, которые выпускает в настоящее время отечественная промышленность, является серия 2П (диапазон мощностей от 0,37 до 200 кВт) с независимым, параллельным и смешанным возбуждением. Электродвигатели с независимым возбуждением нашли наибольшее применение, т.к. у них наиболее просто регулируется частота вращения, а высокая жесткость механической характеристики обеспечивает устойчивую работу при колебаниях момента нагрузки.

Шкала номинальных частот вращения серии двигателей базируется на синхронных частотах вращения двигателей переменного тока при частоте сети 50 Гц – 3 000, 1 500, 1 000, 750, 600 и 500 об/мин. Кроме того, введена частота вращения 2200 об/мин для уменьшения разрыва между частотами 3 000 и 1 500 об/мин. Частота вращения электродвигателей может регулироваться как изменением напряжения якорной цепи, так и уменьшением тока возбуждения.

По степени защиты от воздействия окружающей среды двигатели серии 2П имеют два исполнения: IP 22 и IP 44. Первое из них соответствует защищенному исполнению, а второе – закрытому.

Двигатели в защищенном исполнении выполняются с самовентиляцией (2ПН) и с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора (2ПФ). При закрытом исполнении применяют естественное охлаждение (2ПБ) и охлаждение с наружным обдувом (2ПО). В машинах серии 2П применяется аксиальная система вентиляции. Машины со степенью защиты IP 22 имеют внутри центробежный реверсивный вентилятор, посаженный на вал якоря со стороны, противоположной коллектору.

В современных сериях размером, определяющим габарит машины, является высота оси вращения. За высоту оси вращения принимается расстояние от оси вращения до опорной плоскости машины. С этим размером жестко связаны установочные и присоединительные размеры машины. Для каждой серии существует увязка мощности с высотой оси вращения, установочными и присоединительными размерами.

Машины серии 2П выполняются с высотой оси вращения от 80 до 315 мм. Условно длина корпуса машины обозначается буквами: S – малая, М – средняя, L – длинная.

Генераторы постоянного тока серии 2П изготовляются только в защищенном исполнении с самовентиляцией. Возбуждение генераторов смешанное, параллельное или независимое. Номинальное напряжение генераторов – 115; 230; 460 В, частота вращения – 1 000, 1 500 и 3 000 об/мин. Генераторы выполняются с направлением вращения против часовой стрелки со стороны коллектора.

Для зарядки аккумуляторных батарей предусмотрено исполнение генераторов с регулированием напряжения в пределах 110–160 и 220–320 В. Режим работы машин серии 2П продолжительный. Средний срок службы – 12 лет, средний ресурс – 30 000 ч.

Структура обозначений применяемых для машин серии:

2ПX ХХХ Х Х ХХХХ,

1 2 3 4 5 6

где 1 – наименование серии (2П);

2 – исполнение по способу защиты и вентиляции (Н, Ф, Б, О);

3 – высота оси вращения;

4 – условная длина (М,L);

5 – наличие встроеного тахогенератора (Г – наличие тахогенератора, при отсутствии буква Г не ставится);

6 – климатическое исполнение и категория размещения (по ГОСТ 15150 – 69).

Например, обозначение 2ПН280МГУХЛ4 означает, что двигатели серии 2П защищенного исполнения с самовентиляцией имеют высоту оси вращения 280 мм, условную длину М и встроеный тахогенератор. Двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным и холодным климатом и имеет категорию размещения 4.