Конструкция машин постоянного тока

Ста­тор машины по­стоянного тока состоит из станины и прикрепленных к ней главных и дополнительных полюсов. Станину машин относительно небольшой мощности изготовляют из отрезков цельнотянутых труб, а у более крупных машин выполняют сварной из толстолистового стального проката. Для закрепления ма­шины на фундаменте или исполнительном механизме к ниж­ней части станины приваривают лапы, а для возможности транспортировки в станину ввертывают рым-болты.

Сердечники главных полюсов собирают из штампованных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Листы спрессовывают в пакет и скрепляют стальными заклепками, число которых принимают не менее четырех. Крайние листы полюса выполняют из более толстой ста­ли (4 - 10 мм) во избежание распушения листов.

Для того чтобы получить необходимый характер распре­деления магнитного поля в воздушном зазоре, полюс за­канчивают полюсным наконечником определенной формы. Воздушный зазор между полюсами и якорем или выполня­ют одинаковым по всей ширине полюсного наконечника, или под краями наконечника вследствие его скоса делают больше. Иногда выполняют эксцентричный воздушный за­зор, при котором центры радиусов якоря и наконечника полюса не совпадают. Зазор при этом постепенно увеличива­ется от середины к краю полюса.

На сердечнике полюса размещают обмотку возбужде­ния. Обмотку возбуждения изготовляют в виде катушек из медных изолированных проводников круглого или прямоугольного сечения. Катушки изолируют лентой, после пропитки и сушки насаживают на сердечник полюса и закрепляют стальными пружинящими рамками. Иногда для увеличения поверхности охлаждения катушку делят на две части. Полюс с надетой на него катушкой прикрепляют к станине болтами. Болты ввертывают в полюс, в теле которого предусматривают от­верстия с резьбой. Для более надежного крепления полюса у крупных машин и машин, работающих в условиях тряс­ки, болты вворачивают в специальный стержень, встав­ленный в полюс.

Якорь состоит из сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря выполняют из одного или нескольких пакетов, которые собирают из листов, вы­рубаемых из электротехнической стали. После штамповки листы лакируют. При длине сердечника менее 25 см его изготовляют из одного пакета (рис. 3), а при большей дли­не - из нескольких. Между пакетами с помощью специальных распорок образуются вентиляционные кана­лы, предназначенные для лучшего охлаждения якоря. В листах якоря вырубают пазы, в которые укладывают об­мотку якоря. Собранный сердечник якоря спрессовывают между двумя нажимными шайбами и закрепляют на валу втулкой либо пружинным разрезным кольцом.

Рис. 3. Якорь машины постоянного тока:

1 - сердечник (состоитизодного пакета); 2 - банда­жи; 3 – коллектор

Укладка обмотки в пазы обеспечивает надежное ее за­крепление на вращающемся якоре и уменьшает воздушный зазор. Форму пазов выбирают овальной полузакрытой для машин небольшой мощности и прямоугольной открытой для машин средней и большой мощности. Между стенками паза и проводниками обмотки укладывают изоля­цию (пазовая изоляция). Обмотку в пазу закрепляют кли­ном из стеклотекстолита или бандажами, рас­полагаемыми в кольцевых канавках сердечника якоря (по­зиция 13 на рис. 3 и позиция 2 на рис. 3). Вне пазов (в лобовых частях) обмотку закрепляют бандажами из проволоки или стеклоленты.

Станина, сердечники полюса и якоря являются участка­ми магнитопровода, по которым замыкается магнитный поток, созданный обмотками возбуждения. Для уменьшения магнитного сопротивления по пути этого потока все указан­ные участки выполняют из стали, имеющей улучшенные маг­нитные характеристики. Для уменьшения магнитного сопро­тивления воздушный зазор между якорем и полюсами ста­раются брать меньше. Обычно он составляет доли миллиметра у небольших машин и несколько миллиметров у машин большей мощности. При вращении якоря его сер­дечник будет перемагничиваться, в нем будут индуцироваться переменные (вихревые) токи, которые будут вызы­вать потери. Для снижения потерь от вихревых токов сер­дечник, как указывалось, собирают из отдельных листов. Из-за зубчатого строения якоря поток в зазоре будет пуль­сировать, в результате чего в полюсном наконечнике также будут наводиться вихревые токи, для уменьшения которых наконечник и весь полюс собирают из отдельных листов.

Коллектор состоит из большого числа электрически изолированных друг от друга пластин, которые штампуют из профильной меди. Изоляцию осуществляют тонкими прокладками, вырубленными из миканита (прес­сованной слюды), которые закладывают между медными пластинами. Прокладки имеют форму пластин. Набор кол­лекторных пластин с прокладками должен быть прочно за­креплен и иметь строго цилиндрическую форму. По способу крепления пластин существует большое многообразие кон­струкций коллекторов, две из которых показаны на рис. 4. На рис. 4, а коллекторные пластины зажимают между корпусом и нажимным фланцем. Корпус и нажимной фланец выполняют из стали, а для изоляции на них надевают миканитовые манжеты. На рис. 4, б показано креп­ление пластин с помощью пластмассы. В настоящее время для машин небольшой и средней мощности наибольшее при­менение находят коллекторы на пластмассе.

Рис. 4. Коллектор машины постоянного тока с металлическим (а) и пластмассовым (б) корпусами:

1 – корпус; 2 - нажимной фланец; 3 - изоляционные манжеты; 4 - коллекторные пластины;

5 – пластмасса; 6 - запирающее кольцо; 7 – бандаж

Собранный коллектор насаживают на вал и закрепляют от проворачивания шпонкой. К каждой коллекторной пластине подсоединяют проводники от секций, из которых со­стоит обмотка якоря. Для возможности подсоединения про­водников у коллекторных пластин со стороны, обращенной к якорю, выполняют выступы, называемые петушками, в ко­торых фрезеруют шлицы. В эти шлицы закладывают и затем запаивают проводники обмоток.

По коллектору скользят щетки, которые размещаются в щеткодержателях. Щеткодержатели выпол­нены с радиальным или наклонным по отношению к поверх­ности коллектора перемещением щетки. Наиболее распро­страненными являются щеткодержатели с радиальным перемещением щетки. Наклонные (реактивные) щеткодер­жатели применяют для машин с односторонним направле­нием вращения. Щетки прижимаются к коллектору пружи­нами. Щеткодержатели закрепляют на цилиндрических или призматических пальцах, которые в свою очередь закрепляют на траверсе. Пальцы выпол­няют из гетинакса либо из стали, опрессованной пластмас­сой в месте сочленения с траверсой. Обычно число пальцев выбирают равным числу полюсов.

При работе машины может наблюдаться искрение ще­ток. Для улучшения работы щеточного узла в машинах постоянного тока применяют дополнительные полюсы. Сер­дечники дополнительных полюсов выполняют цельными из толстолистовой стали или собранными из листов электротехнической стали толщиной 1 мм. На сер­дечниках размещают катушки обмотки дополнительных полюсов. Дополнительные полюсы рас­полагают между главными полюсами и прикрепляют к ста­нине болтами.

Якорь вращается в подшипниках, ко­торые размещаются в подшипниковых щитах.

В последнее время наметилась тенденция собирать ста­тор двигателей постоянного тока из отдельных листов элек­тротехнической стали. Штамп в листе одновременно выру­бает ярмо, пазы, главные и дополнительные полюсы.