Рис. 10. Кривые э. д. с, индуктируемых в кольцевом якоре с четырьмя витками:

а - до выпрямления коллектором, б - после выпрямления коллектором.

Так как величина э. д. с. на щетках кольцевого якоря определяется величиной э. д. с. в одной ветви с витками 1 и 2, то для получения суммарной э. д. с. на щетках сложим мгновенные значения э. д. с. витков 1 и 2. На рисунке 10, а показаны кривые э. д. с. витков 1 и 2 до выпрямления их коллектором, а иа рисунке 10, б - после выпрямления. Жирной линией на рисунке 10, б показана суммарная э. д. с. на щетках машины.

Суммарная э. д. с. кольце- вого якоря с четырьмя витками имеет меньшую пульсацию, чем э. д. с. кольцевого якоря с двумя витками. Для получения э. д. с. с очень малой пульсацией на якорь наматывают

большое число витков, а коллектор делают из большого числа пластин. Так, например, при коллекторе из 16 пластинок при двух полюсах пульсация э. д. с. составит менее 1 %.

Существуют и бесколлекторные машины постоянного тока, например униполярные.

Если в магнитном поле с помощью рукоятки вращать металлический диск, в нем будет индуктироваться э. д. с. (рис. И). Применив правило правой руки, можно убедиться, что при вращении рукоятки по часовой стрелке э. д. с. будет направлена от оси диска к его периферии. Если к щеткам, установленным на оси и по окружности диска, присоединить нагрузку, то в цепи пойдет ток от плюса к минусу.

В настоящее время имеются униполярные машины на сравнительно небольшое напряжение (3-7 е), но на

Рис. И. Принципиальная схема униполярной машины постоянного тока.

большие токи (до 150 ООО а). Униполярные машины сейчас почти не применяются, поэтому подробно их устройство мы не рассмаариваем.

§ 3, Устройство машины постоянного тока

Машина постоянного тока состоит из следующих основных частей: станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками, щеткодержателей со щетками (рис. 12).

Рис. 12. Машина постоянного тока в разобранном виде:

1 - подшипниковый щит левый, 2 - станина с полюсами, 3 - подшипниковый щиг правый, 4 - якорь, 5 - траверса с щеткодержателями

Станина машины - это замкнутый магнитопро-вод, обычно выполненный из стали. К внутренней части станины прикрепляют главные и дополнительные полюса. В нижней наружной части станина имеет лапы, при помощи которых машину крепят на фундаменте. К бокам станины прикреплены подшипниковые щиты (рис. 13), в которых установлены подшипники скольжения или качения. В современных быстроходных машинах ставят подшипники качения (роликовые или шариковые).

Рис 13 Разрез машины постоянного тока:

1 - защищая крышка, 2 - вал, 3 - шариковый подшипник, 4 - сальник, 5 - вентилятор, в - левый подшипниковый щит, 7 - обмотка якоря, 8 - станина, 9 - главный полюс, 10 - сталь якоря, И - дополнительный полюс, 12 - коллектор, 13 - устройство для балансировки якоря, 14 - щеткодержатель, 15 - правый подшипниковый щит, 16 - защитная решетка, 17 - рым, 18 - обмотка дополнительного полюса, 19 - оомотка главного полюса, 20 - доска зажимов,

21 - крышка доски зажимов

Рис. 14. Основной полюс:

- станина; 2 - катушки - полюсный наконечник;

полюса.

возоуждения; l - сердечник

Главные полюса, прикрепляемые болтами внутренней части станины, предназначены для создания магнитного потока.

Сердечники 4 (рис. 14) главных полисов изготовляют из отдельных листов электротехнической стали толщиной 1 мм. Со стороны якоря сердечник полюса имеет уширение 3, которое называется полюсным наконечником, или башмаком, и служит для лучшего охвата якоря полюсом. В машинах небольшой мощности сердечники полюсов выполняют из литой стали. На сердечник полюса надевают катушку возбуждения 2, которую выполняют на стальном или картонном каркасе из изолированного медного провода. В машинах небольшой мощности обмотку возбуждения выполняют без каркаса.

Между главными располагают добавочные полюса, назначение которых объяснено в главе V, § 2 (рис. 15).

Вращающуюся часть машины постоянного тока, в которой индуктируется э. д. с, называют якорем (рис. 16). Якорь набирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга слоем лака или бумаги толщиной 0,03-0,05 мм для уменьшения потерь от вихревых токов. Иногда изоляцией служит тонкий слой окиси.

Рис. 15. Добавочный полюс: 1 - сердечник; 2 - катушка.

В состав листовой электротехнической стали, применяемой для изготовления электрических машин и трансформаторов, входит кремний (силиций). Присадка кр.емпия увеличивает удельное электрическое сопротивление стали, что способствует уменьшению потерь на вихревые токи, но одновременно кремний ухудшает механические свойства стали, делает ее хрупкой, она после 1-2 перегибов ломается.

В электромашиностроении применяют преимущественно следующие марки сталей: Э11, Э12, Э21, Э31, Э310, Э320, ЭЗЗО, Э41, Э42, Э43.

Рис. 16. Якорь без обмотки:

1 - нажимная шайба; г - место для бандажа; а - место для коллектора.

Расшифровываются эти условные обозначения следующим образом: Э - электротехническая сталь, первые за буквой цифры 1, 2, 3, 4 обозначают степень легированное стали кремнием (1 - слаболегированная - 0,8- 1,8% кремния, 2 - среднелегированная - 1,8-2,8% кремния, 3 - повышенно легированная - 2,5-4% кремния и 4 - высоколегированная - 4-4,8% кремния); вторые за буквой цифры 1, 2, 3 обозначают качество стали в отношении удельных потерь в ней (чем больше цифра, тем меньше потери); третья за буквой цифра-0 обозначает, что сталь холодно-катанная, те кету ро ванная.

В круглых стальных листах выштампованы пазы и отверстия для вала. В пазы укладывают обмотку якоря из изолированного медного провода. Обмотка изолирована в пазах специальной пазовой изоляцией из прессшпана, лакоткани и т. п.

Рис. 17. Коллектор:

1 - корпус коллектора;

2 - стяжной болт; 3 - нажимное кольцо; 4 - изоляция миканитовая, 5 - место припаивания проводов обмотки; 6 - ласточкин хвост ; 7 -

ламель.

Пазы закрывают деревянными клиньями и поверх якоря наматывают проволочные бандажи.

На вал якоря напрессован коллектор,к пластинкам которого припаивают провода обмотки якоря. Коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный.

Коллектор изготовляют пз медных пластин, прочно скрепленных стяжными болтами на корпусе стальной втулки 1 (рис. 17). Медные пластинки 6 имеют форму ласточкина хвоста, изготовляют их из меди с примесью кадмия (около 1%), который способствует повышению механической прочности меди. Пластины, называемые л а м е л я м и, изолируют одну от другой и от втулки миканитом 4. Миканит - это склеенная лаками слюда. Вал якоря изготовляют из высокосортной стали. На него насаживают вентилятор, предназначенный для охлаждения машины. На конец вала насаживают шкив или соединительную муфту.

Скользящий контакт между вращающимися и неподвижными частями машины создают при помощи коллектора и щеток.

В современных машинах применяют угольно-графитовые щетки. В машинах постоянного тока низкого напряжения используют ме-талло-угольные щетки.

Щетка, помещенная в обойме щеткодержателя, пружиной 2 прижимается к коллектору (рис. 18). Щеткодержатель закрепляют на пальце 1 (рис. 19) траверсы, на который надета втулка 2 из изоляционного материала.

Рис. 18. Щеткодержатель:

1 - нажимные пластины, г - пружина; 3 - щетки, 4 - обойма щеткодержатачя, б - гибкий медный тросик

Таким образом щеткодержатели изолированы от корпуса машины.

Траверсу закрепляют на подшипниковом щите стопорным болтом 3. Чтобы изменить положение щеток относительно коллектора, траверсу поворачивают. - - ilfc А Изготовляют ее из стали, а в машинах небольшой мощности иногда из пластмассы.

На станине закреплена соединительная коробка (доска зажимов), предназначенная для соединений проводов, отходящих от обмоток полюсов машины и от щеток.

Соединительная коробка имеет панель из изоляционного материала, на которой установлены контактные болты. Панель закрывают

Траверса щеточная:

1 - палец траверсы; 2 - изоляционная втулка, з - стопорный бол г траверсы.

сверху крышкой (рис. 13).

§ 4. Серии машин постоянного тока, выпускаемые заводами СССР

Советские электромашиностроительные заводы выпускают много типов машин постоянного тока как для промышленности, так и для транспорта.

Для электрификации сельского хозяйства машины постоянного тока не применяют, но их используют в качестве возбудителей синхронных машин, в зарядных агрегатах, на автомобилях.

В ремонтных мастерских и в электроустановках иногда можно встретить машины постоянного тока серии ПН. Выполняют их как двигатели и как генераторы.

Генераторы серии ПН изготовляют на напряжение 115, 230 и 460 в. Для зарядки аккумуляторных батарей и для других целей имеются генераторы с регулированием напряжения изменением тока возбуждения в пределах от 115 до 160 или от 230 до 320 в. Продолжительность

работы этих генераторов при напряжениях 140-160 в или 280-320 в не должна превышать 30 мин.

Генераторы нормально выполняются с направлением вращения по часовой стрелке, если смотреть на генератор со стороны коллектора.

Генераторы серии ПН имеют шкалу мощностей от 0,37 до 130 кет, при скоростях вращения от 1420 до 2860 об/мин.

В последние годы устаревшая серия машин ПН заменена новой единой серией машин постоянного тока П мощностью от 0,3 до 200 кет. Эта серия включает в себя электродвигатели на напряжение 110 и 220 в при скоростях вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и генераторы на напряжения 115 и 230 в при скоростях вращения 2850 и 1450 об/мин.

Электродвигатели серии П предназначены для использования в электрических приводах, требующих широкого и плавного регулирования скорости вращения, а генераторы - для питания цепей постоянного тока.

По сравнению с машинами серии ПН вес машин серии П меньше в среднем па 26%, а расход меди и электротехнической стали снижен на 25%.

Нашей электропромышленностью выпускается много машин постоянного тока для автомобилей. В автомобилях применяют генераторы на напряжение 12 в ж двигатели (стартеры).

Вопросы для самопроверки

1 Объясните закон электромагнитной индукции 2. Объясните принцип действия генератора постоянного тока и правило правой руки

3 Объясните принцип действия двигателя постоянного тока и правило левой руки

4 Объясните устройство машины постоянного тока, перечислите ее основные части и их назначение.

Глава II ОБМОТКИ ЯКОРЕЙ И ИХ Э. Д. С.

§ 1. Основные элементы обмоток

Первые якоря машин постоянного тока были кольцевыми (рис. 9). В современных машинах постоянного тока кольцевые якоря не применяют, так как их неудобно

наматывать и они неэкономичны по Следующей причине: в проводах, находящихся внутри кольца, не индуктируется э. д. с. и полезно используется меньше половины провода.

В настоящее время машины постоянного тока выполняют только с барабанными якорями, в которых проводники обмотки укладывают в пазы, расположенные на наружной поверхности сердечника якоря.

Для получения большей э. д. с. и уменьшения ее пульсации в пазах барабанного якоря увеличивают число витков и коллектор изготовляют из большого числа пластин.

Основной элемент обмотки якоря - секция.

Секцией называют часть обмотки якоря, состоящую из нескольких витков и находящуюся между двумя коллекторными пластинами, следующими друг за другом по схеме обмотки.

Каждая секция имеет две активные стороны, уложенные в пазы якоря, которые соединяются Ряс 20 Секция обмотки якоря между собой лобовыми соединениями (рис. 20).

Стороны секции располагают так, чтобы одна из них лежала под северным полюсом, а другая под южным, т. е. на расстоянии полюсного деления друг от друга, тогда э. д. с, индуктируемые в проводах секции, складываются. Полюсным делением называют расстояние между серединами полюсов по окружности якоря, обозначаемое буквой х (рис. 21).

Для того чтобы э. д. с, индуктированные в разных секциях обмотки якоря, складывались, необходимо, чтобы обмотка якоря была замкнутой системой, т. е. в ней не было разрывов, а секции ее были соединены последовательно. Для этого к каждой коллекторной пластине припаивают конец одной секции и начало другой, следующей за ней по схеме обмотки.

Число пар полюсов в машине обозначают буквой р, а число полюсов равно 2р.

Если величину полюсного деления т умножить на число полюсов 2р, то получится длина окружности якоря

2px = aD, (2)

где D - диаметр якоря (м).

Воображаемую линию, проходящую посредине между полюсами, называют геометрической нейтралью. При одной паре полюсов геометрическая нейтраль перпендикулярна к оси полюсов. При большем числе пар по-

Рис. 21. Полюсные деления.

Рис. 22. Шаги петлевой обмотки.

люсов количество нейтральных линий равно числу пар полюсов (рис. 21).

В обмотках якоря различают следующие шаги по якорю:

ух - первый частичный шаг, расстояние между началом и кондом секции, т. е. ширина секции (рис. 22);

у2 - второй частичный шаг, расстояние между конечной стороной одной секции и начальной стороной следующей за ней по схеме обмотки;

у - результирующий шаг, расстояние между начальными сторонами двух секций, следующих одна за другой по схеме обмотки;

ук - шаг обмотки по коллектору, расстояние между началом и концом секции по коллектору,