5.2Основные свойства эмпт в режиме генератора и двигателя

Рассмотрим основные свойства ЭМПТ в режиме генератора и двигателя (рис. 1.3).

Тогда основные свойства (признаки) ЭМПТ, работающей в режиме генератора и двигателя:

Режим генератора Режим двигателя

В уравнении напряжений: U − напряжение на зажимах генератора (двигателя); − ЭДС якоря; − ток якоря; − полное сопротивление обмотки якоря:

, (1.7)

где − собственное сопротивление обмотки якоря;

r_щ.к − сопротивление щёточного контакта.

Работа ЭМПТ в режиме генератора рассматривается в п. 1.1. Рассмотрим работу ЭМПТ в режиме двигателя. Чтобы ЭМПТ работала в режиме двигателя, необходимо подвести к обмотке якоря напряжение U. Тогда по обмотке якоря будет протекать ток якоря I_а. При взаимодействии тока якоря I_а с магнитным потоком, создаётся электромагнитная сила и электромагнитный момент . Электромагнитный момент направлен является в режиме двигателя является вращающим и приводит ротор во вращение. vv При вращении якоря в обмотке якоря наводится ЭДС якоря: Е_а при этом напряжении на зажимах якоря уравновешивается ЭДС якоря и падением напряжения в цепи якоря. ЭДС якоря. Отметим также, что ЭДС якоря Е_а направлена противоположно направлению тока якоря I_а и называется в двигателе противоЭДС. В двигателе ток и ЭДС направлены противоположно друг другу. В генераторе ЭДС принято называть ЭДС вращения. Ее направление совпадает в генераторе с направлением тока.

Электрические схемы обмотки якоря для режимов генератора и двигателя приведены на рис. 1.4.

Генератор Двигатель

Рис. 1.4. Электрическая схема генератора и двигателя

Для перехода ЭМПТ из режима генератора в двигательный режим необходимо изменить направление тока в обмотке якоря при неизменном направлении вращения и полярности щёток.

5.3Конструктивное исполнение эмпт

Основные активные части ЭМПТ:

• неподвижная часть ЭМПТ − статор (индуктор);

• вращающаяся часть ЭМПТ − ротор (якорь);

• коллектор.

Эти части разделены воздушным зазором:

Статор состоит из:

• главных полюсов;

• добавочных полюсов;

• станины (ярма).

Ротор состоит из:

• сердечника ротора;

• обмотки, размещённой в пазах сердечника.

На одном валу с якорем находится коллектор.

Есть ещё конструктивные элементы:

• вал;

• подшипниковые щиты, подшипники;

• щёточный аппарат.

Рассмотрим индуктор.

Главный полюс представлен на рис. 1.5.

Сердечники полюсов набираются из выштампованных листов электротехнической стали толщиной Δ=(0,5…1) мм. Листы сердечника полюса стягиваются шпильками в продольном направлении. Нижняя часть полюса – полюсный наконечник – служит для поддержания обмотки возбуждения, а его скошенная часть приближает распределение кривой магнитного поля в зазоре В_δ к синусоиде. Электротехническую сталь маркируют следующим образом: первая цифра – структура (1 – горячекатаная изотропная, 2 – холоднокатанная изотропная, 3 – холоднокатаная анизотропная с ребровой структурой), вторая цифра – содержание кремния (0 – до 0,4%, 1 – до 0,8%, 2 – до 1,8%, 3 – до 2,8%, 4 – до 3,8%, 4 – до 4,8%), третья цифра – тип нормируемых магнитных характеристик (0 – удельные потери при В = 1,7 Тл, f = 50 Гц, 1 – удельные потери при В = 1,5 Тл, f = 50 Гц, 2 – удельные потери при В = 1 Тл, f = 400 Гц, 6 – при Н = 0,4 А/м, 7 – в средних полях при Н = 10 А/м). Четвертая цифра в старых справочниках означала номер материала. В современных справочниках четвертая и пятая цифры являются одним числом, означающим численную характеристику нормируемого параметра.

Главные полюсы крепятся к станине с помощью болтов. Число главных полюсов: 2p. Для главных полюсов применяется листовая сталь толщиной 1–2 мм холоднокатаная изотропная или холоднокатаная анизотропная сталь марок 3413.

Добавочный полюс

Между главными полюсами на геометрической нейтрали устанавливаются добавочные полюса (рис. 1.6). Добавочные полюса предназначены для улучшения коммутации, для обеспечения безыскровой работы щёток, и устанавливаются в машинах мощностью свыше 600 Вт. Добавочные полюсы выполняются литые или шихтованные, из стали марок: 1211, 1311, 2211, 2312, и крепятся к станине болтами.

Станина (ярмо)

К станине крепятся главные и добавочные полюсы с помощью болтов. Станина выполняется из стали марок: 1211, 1311, ст. 3 (из стальных труб, стального листового проката, или стального литья). С помощью станины ЭМПТ крепится к фундаменту или другому основанию.

Ротор (якорь)

Ротор выполняется шихтованным из листов электротехнической стали толщиной ∆ = 0,5 мм, сталь марок 1211, 1311, 2211, 2312. Диски ротора насаживаются либо на вал, либо на якорную втулку, которая надевается на вал. Для охлаждения выполняются аксиальные вентиляционные каналы. В машинах большой мощности сердечник якоря составляется из штампованных сегментов электротехнической стали (штампованных), и с помощью втулки соединяются с валом.

Диск и сегмент якоря приведён на рис. 1.7.

На внешней поверхности якоря выполняются пазы, в которые укладываются катушки обмотки якоря. Обмотка якоря выполняется из медных проводников прямоугольного или круглого сечения. Возможные формы пазов приведены на рис. 1.8. Бывает открытый, полуоткрытый, полузакрытый, закрытый.

Рис. 1.8. Формы пазов ротора:

а) полузакрытый паз б) открытый паз

1 – клин гетинаксовый; 1 – клин деревянный;

2 – изолированные проводники; 2 – прокладка из электрокартона;

3 – прокладка из стеклолакоткани 0,18 мм; 3 – изолированный проводник;

4 – прокладка из электрокартона 0,2 мм; 4 – микалента или синтетическая лента 0,13 мм;

5 – стеклолакоткань эскапоновая 0,18 мм; 5 – микафолий или синтетическая пленка 0,15 мм;

6 – электрокартон 0,2 мм. 6 – телефонная бумага;

7 – электрокартон 0,2 мм;

8 – прокладка из электрокартона.

При мощности машины до 20 кВт, обмотка якоря выполняется из медных проводников круглого сечения и укладывается в полузакрытые пазы.

Коллектор

Коллектор служит для создания скользящего контакта и для механического выпрямления тока. Коллекторная пластина приведена на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Коллектор:

1 – коллекторная медная пластина;

2 – изоляция (миканит, манжет);

3 – соединительные проводники – «петушки»;

4 – нажимные фланцы;

5 – шпонка;

6 – вал;

7 – стяжной болт

Коллектор выполняется из медных пластин толщиной 3…15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками, толщиной ∆ ≈ 1 мм. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью нажимных фланцев, стянутых стяжными болтами.

Собранный коллектор крепится на валу с помощью шпонки. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники – петушки – от обмотки якоря.

Часто пластины коллектора запрессовываются в пластмассу.

5.4Магнитная цепь машины постоянного тока

Магнитопровод – деталь электрических машин, предназначенная для усиления потока магнитной индукции на определенных участках магнитного поля. Магнитопровод машин и аппаратов с переменным или пульсирующим магнитным полем изготавливается из тонких изолированных стальных листов для уменьшения потерь из-за токов Фуко.

Магнитная цепь – это путь, по которому замыкаются магнитные силовые линии основного магнитного потока.

Основной магнитный поток Ф_δ – это поток в зазоре δ, приходящийся на один главный полюс машины и проходящий из статора в ротор. Величина основного магнитного потока определяет величину индуктируемой в обмотке якоря ЭДС. Магнитная цепь ЭМПТ симметрична. Рассмотрим её на пару полюсов. Магнитная цепь машины постоянного тока приведена на рисунке 1.10.

Рис. 1.10. Магнитная цепь ЭМПТ:

d_в – диаметр вала;

h_a – высота спинки якоря;

h_z – высота зубца ( паза) якоря;

δ – воздушный зазор;

h_m – высота полюса;

h_я – высота ярма;

D_а – наружный диаметр ротора;

b_m – ширина полюса;

L_a – осевая длина якоря;

L_я – осевая длина ярма;

Ф_δ – основной магнитный поток;

i_в – ток обмотки возбуждения;

Ф_σ – поток рассеяния

Часть потока, создаваемого полюсами, не проникает из статора в ротор через зазор, а рассеивается непосредственно вокруг обмотки возбуждения, называется потоком рассеяния – Ф_σ.

Тогда полный поток, созданный полюсами, будет:

(1.8)

или

, (1.9)

где к_σ – коэффициент рассеяния полюса:

(1.10)