1. Принцип действия электрической машины постоянного тока

Коллекторная машина постоянного тока представляет собою по существу машину переменного тока, имеющую специальный орган – коллектор, который при определенных условиях выпрямляет ток в постоянный.[3]

На рис.1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рис.2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении.

Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы.

1.1 Устройство электрической машины постоянного тока

На рис.3 приведен чертеж современной машины постоянного тока с продольным и поперечным разрезами. Статор состоит из станины 1 и прикрепленных к ней главных 2 и дополнительных 3 полюсов. Для закрепления машины на фундаменте или исполнительном механизме к нижней части станины приваривают лапы 4, а для возможности транспортировки в станину ввертывают рым-болты 5.

Сердечники главных полюсов (рис. 4) собирают из штампованных листов электротехнической стали. Листы спрессовывают в пакет и скрепляют стальными заклепками 4, число которых принимают не менее четырех.

На сердечнике полюса размещают обмотку возбуждения 6 (рис.3). Обмотку возбуждения изготовляют в виде катушек из медных изолированных проводников. Полюс с надетой на него катушкой прикрепляют к станине болтами.

Якорь (рис.3) состоит из сердечника 7, обмотки 8 и коллектора 9. Между пакетами с помощью специальных распорок образуются вентиляционные каналы, предназначенные для лучшего охлаждения якоря. В листах якоря вырубают пазы, в которые укладывают обмотку якоря.

Вне пазов (в лобовых частях) обмотку закрепляют бандажами (позиция 12 на рис.3) из проволоки или стеклоленты.

Коллектор состоит из большого числа электрически изолированных друг от друга пластин, которые штампуют из профильной меди. Изоляцию осуществляют тонкими прокладками, вырубленными из маканита, которые закладывают между медными пластинами, и имеющими форму пластин. Набор коллекторных пластин с прокладками должен быть прочно закреплен и иметь строго цилиндрическую форму.

Собранный коллектор насаживают на вал и закрепляют от проворачивания шпонкой. К каждой коллекторной пластине подсоединяют проводники от секций, из которых состоит обмотка якоря.

По коллектору скользят щетки, которые размещаются в щеткодержателях. Щеткодержатели закрепляют на цилиндрических или призматических пальцах 10 (рис.3), которые в свою очередь закрепляют на траверсе 11.

На сердечниках дополнительных полюсов 3 (рис.3) размещают катушки обмотки дополнительных полюсов 14 (рис.3). Дополнительные полюсы располагают между главными полюсами и прикрепляют к станине болтами.

Якорь вращается на подшипниках 15 (рис. 3), которые размещаются в подподшипниковых щитах 16.[2]

2. Краткая характеристика электротехнических материалов, применяемых при изготовлении и ремонте электрических машин постоянного тока

Материалы, применяемые в электрических машинах, подразделяются на три категории: конструктивные, активные и изоляционные.

Конструктивные материалы применяются для изготовления таких деталей и частей машины, главным назначением которых является восприятие и передача механических нагрузок (валы, станины, подшипниковые щиты и стояки, различные крепежные детали и т.д.). В качестве конструктивных материалов в электрических машинах используются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы, пластмассы. К этим материалам предъявляют требования, общие в машиностроении.

Активные материалы подразделяют на проводниковые и магнитные и предназначаются для изготовления активных частей машины (обмотки и сердечники магнитопроводов). Благодаря своей хорошей проводимости и относительной дешевизне в качестве проводниковых материалов в электрических машинах применяется электролитическая медь, а также рафинированный алюминий. Медные сплавы используются также для изготовления вспомогательных токоведущих частей (контактные кольца, болты и т.д.). В целях экономии цветных металлов или увеличения механической прочности такие части нередко выполняются также из стали. Для изготовления отдельных частей магнитопроводов электрических машин применяется листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и чугун (из-за невысоких магнитных свойств используется крайне редко).

Изоляционные материалы применяются для электрической изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали друг от друга в расслоенных магнитных сердечниках. Изоляционные материалы могут быть твердые, жидкие (трансформаторное масло) и газообразные (воздух, водород). Твердые изоляционные материалы можно разбить на группы:

1. естественные органические волокнистые материалы – хлопчатая бумага, материалы на основе древесной целюлозы и шелк;

2. неорганические материалы– слюда, стекловолокно, асбест;

3. различные синтетические материалы в виде смол , пленок из листового материала и т.д.;

4. различные эмали, лаки, компаунды на основе природных и синтетических материалов.

Отдельную группу составляют материалы, из которых изготовляются электрические щетки, применяемые для отвода тока с подвижных частей электрических машин. Они разделяются на две группы:

1. угольнографитные, графитные и электрографитированные;

2. металлографитные.[2]

1.3. Магнитная цепь электрической машины постоянного тока.

1. Назначение, устройство и работа магнитной цепи.

2. Единицы измерения магнитных величин;

3. Инженерный метод расчета параметров магнитной цепи;

4. Расчет параметров и намагничивающей характеристики электрической машины;

2. Якорные обмотки электрической машины постоянного тока:

1. Назначение, устройство и работа якорных обмоток

Обмотка якоря является важнейшим элементом машины постоянного тока, в ней наводится ЭДС, через нее протекает ток нагрузки, ею определяются номинальные величины: напряжение, ток и мощность машины[2]. Она должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Обмотка должна быть рассчитана на заданные величины напряжения и тока нагрузки, соответствующие номинальной мощности;

2. Обмотка должна иметь необходимую электрическую, механическую и термическую прочность, обеспечивающую достаточно продолжительный срок службы машины (до 15-20 лет);

3. Конструкция обмотки должна обеспечить удовлетворительные условия токосъема с коллектора, без вредного искрения;

4. Расход материала при заданных эксплуатационных показателях (к.п.д. и др.) должен быть минимальным;

5. Технология изготовления обмотки должна быть по возможности простой[1].

В современных машинах постоянного тока якорная обмотка укладывается в пазах на внешней поверхности якоря.

Основным элементом каждой обмотки якоря является секция, которая состоит из одного или некоторого количества последовательно соединенных витков и присоединена своими концами к коллекторным пластинам (рис.5.1 – 5.2).

В обмотке обычно все секции имеют одинаковое количество витков. На схемах обмоток секции для простоты изображаются одновитковыми.

Для удобного расположения выходящих из пазов лобовых частей обмотки якоря выполняются двухслойными. Однослойные якорные обмотки по принципу устройства не отличаются от двухслойных и применяются только при Р_н˂ 0,5 квт.

Секции обмотки соединяются друг с другом в последовательную цепь (рис.5-3) таким образом, что начало (н) последующей секции присоединяется вместе с концом (к) предыдущей секции к общей колекторной пластине. Обмотки – петлевая и волновая – названы по внешнему очертанию контуров, образуемых последовательно соединенными секциями.[1]

Секции в обмотке соединяются между собой в особой последовательности. В зависимости от этого обмотки подразделяются на петлевые, волновые и комбинированные. Петлевые и волновые обмотки в свою очередь подразделяются на простые и сложные (многоходовые)[2].

2. Электротехнические материалы, применяемые при проектировании, изготовлении и ремонте якорных обмоток

3. Расчет параметров якорной обмотки:

   1. Расчет ЭДС якорной обмотки;

   2. Определение числа активных проводников обмотки якоря.

4. Изготовление развернутой электрической схемы якорных обмоток

Kδ0участок	Размеры, м			Расчетная магнитная линия Li, м	Магнитный поток Фi, Вб	Магнитная индукция Bi, Тл	Напряжен-ность Hi, А/м	Н. с. Fi, А
	Длина li, м	Ширина bi, м	Площадь Si, м
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Воздушный зазор	li= lδ0 li=	bi=bδ0 bδ0= αδ0*τ	Si=Sδ0 Sδ0= lδ0* bδ0	δ’0=δ0*Kδ0 Kδ0= bп=t3-bz3	Фi= Фδ0 Фδ0=Ф0	Вi= Вδ0 Вδ0=f(Da) Вi= Вm Обычно Вδ0=0,55÷1,35 Тл	Нi= Нδ0 μ0=4π*10-7 Гн μвз≈1	Fi= Fδ0 Fδ0=Hδ0*δ’0
Зубцовый зазор якоря	li= lz lz=la*Kст Kст=0,94÷0,98	bi=bzi bz1=t1-bп bz2=t2-bп	Si=Szi Szi= bzi*lz	Li=hz	Фi=Фz Фz=Ф0	Bi=Bzi Bzi=	Hi=Hz
Спинка якоря
Сердечник ГП
Станина
Итого:

Используемая литература

1. Вольдек. Электрические машины. 1974

2. Токарев. Электрические машины

3. Пиотровский Л. М. Электрические машины (1950)