Машины постоянного тока: общая информация
Машина постоянного тока — электрическая машина с механическим коммутатором — коллектором, позволяющим осуществлять непрерывное электромеханическое преобразование энергии путем превращения постоянного тока в переменный (режим двигательный) или переменного тока в постоянный (режим генераторный).
Коммутация — процесс переключения электрических цепей. В машинах постоянного тока этот процесс осуществляется переключателем — коллектором. Таким образом, машины постоянного тока применяют в качестве двигателей и в качестве генераторов.
Машина постоянного тока состоит из неподвижной части, служащей для создания главного магнитного поля, и вращающейся части — якоря, в которой индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Токи от ЭДС, взаимодействуя с главным магнитным полем, создают тормозной момент в генераторном режиме и вращающий момент в двигательном.
Неподвижная часть состоит из станины, на которой укрепляются основные (главные) полюса для создания главного магнитного поля.
Якорь — часть машины, в обмотке которой, при вращении ее относительно главного магнитного поля, индуцируется ЭДС. В машине постоянного тока якорь состоит из зубчатого сердечника, обмотки, уложенной в его пазах, и коллектора, насаженного на вал якоря. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком. В пазы сердечника якоря уложена обмотка якоря, состоящая из отдельных секций. Для отвода тока от коллектора служат щетки, установленные в щеткодержателях.
Одна из основных частей электрических машин постоянного тока — коллектор — полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин, которые отделены и от вала машины. Проводниками они соединяются с витками обмотки, размещенной в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором.
Важнейший классификационный признак машин постоянного тока — способ возбуждения главного магнитного поля. Для этого используется обмотка возбуждения, размещенная на сердечниках полюсов машины. Все рабочие характеристики машин постоянного тока при работе как в режиме генератора, так и в режиме двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным, и, наконец, цепи эти могут быть независимы одна от другой, в соответствии с чем принято различать параллельное, последовательное, смешанное и независимое возбуждение машин.
Машины постоянного тока, за исключением крупных машин предельной мощности (главным образом двигателей и генераторов, используемых в системе привода прокатных станов, блюмингов и слябингов), выпускают в нашей стране серийно. Основная серия машин общепромышленного применения — единая серия П, которая охватывает весь необходимый диапазон мощностей и частот вращения. Кроме нее выпускают ряд других специализированных серий: тяговые, краново-металлургические, судовые, для привода вспомогательных систем автомобилей, тракторов и самолетов, для систем автоматического регулирования и др.
Единая серия П включает в себя электрические машины 2-ух типов: общепромышленного применения (рис. 1) и специализированного назначения.
Электродвигатели общепромышленного применения допускают регулирование частоты вращения не более чем в отношении 1:2. Исполнение защищенное — машины предохранены от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов.
Электродвигатели специализированного назначения имеют закрытое исполнение, которое исключает непосредственное сообщение между их внутренним пространством и окружающей средой. Они отличаются разнообразием механических характеристик, широкими пределами регулирования частоты вращения.
Генераторы общепромышленного применения имеют параллельное или смешанное самовозбуждение. Применяются для питания цепей управления, электродвигателей и машин постоянного тока.
Генераторы специализированного назначения предназначены для зарядки аккумуляторных батарей, питания мощных специализированных двигателей постоянного тока и т.д. В зависимости от мощности машины единой серии П делятся на 3 группы: I — 0,3-200 кВт; II —200-1400 кВт; III — свыше 1400 кВт.