Устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.

Силовой коллекторный двигатель постоянного тока состоит из неподвижного статора и вращающегося якоря. Статор включает ста­нину и главные полюса с полюсными катушками. Обычно в коллек­торных двигателях малой мощности с электромагнитным возбужде­нием применяют двухполюсные статоры (2р = 2) двух конструкций – ­сборный или цельный шихтованный. Станина сборного статора представляет собой цельнотянутую трубу, к внутренней по­вepхнocти которой винтами прикрепляются полюсы. Сердечники главных полюсов делают в виде стального бруса либо набирают из штампованных стальных пластин толщиной 0,5 – 1 мм. Каждый глав­ный полюс на стороне, обращенной к якорю, имеет полюсный нако­нечник, обеспечивающий требуемое распределение магнитной ин­дукции в воздушном зазоре. Полюсные катушки соединяются по­следовательно и образуют обмотку возбуждения, при подключении которой к источнику постоянного тока в магнитной системе двигате­ля создается магнитное поле.

На рисунке 1.10 показано устройство коллекторного двигателя посто­янного тока защищенного исполнения с самовентиляцией. Статор имеет сборную конструкцию и состоит из станины 6, главных полю­сов 4 с полюсными катушками 5 каркасного типа, т. е. намотанных на каркас из изоляционного материала. Якорь двигателя включает сер­дечник, обмотку якоря, коллектор и вал.

Рисунок 1.10. Устройство двигателя постоянного тока защищённого исполнения.

Сердечник якоря 3 – это цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5мм. Перед сборкой эти листы покрывают специальным изоляционным лаком. Такая конст­рукция сердечника якоря позволяет значительно ослабить вихревые токи, возникающие в нем при его перемагничивании в процессе вращения в маг­нитном поле. В продольные пазы сердечника яко­ря уложены пазовые стороны секций обмотки яко­ря. Часто пазы якоря делают со скосом, что ослабляет пульсацию магнитного потока в воздушном зазоре и уменьшает вибрации и шум, сопровождающие работу двигателя.

Обмотка якоря 9 состоит из секций (катушек), выпол­ненных медным изолированным проводом, обычно круглого сечения. Пазовые стороны секций закрепляют в пазах сердечника якоря посредст­вом гетинаксовых клиньев или бандажа. С двух сторон сердечника якоря расположены лобовые части обмотки якоря. Со стороны коллектора они подключаются к его пластинам, а со стороны, противоположной коллек­тору, соединяют пазовые стороны секций. Для закрепления лобовых час­тей на них накладывают бандаж из стеклоленты.

Коллектор 1 двигателя имеет цилиндрическую форму и состоит из медных пластин, изолированных друг от друга микани­товыми прокладками. В коллекторных двигателях малой мощности применяют коллекторы на пластмассе медные пластины и миканитовые прокладки, которых запрессованы в пластмассу. Щетки 2 (см. рис. 1.10) расположены в щеткодержателях и прижимаются к коллекто­ру пружинами. В некоторых двигателях малой мощности применяют трубчатые щеткодержатели, вмонтированные в подшипни­ковый щит двигателя и состоящие из металлической втулки, пружины и пластмассового колпака, навинчивающегося на втулку. Металлическая втулка электрически связана со щеткой, изолируется от подшипникового щита с помощью втулки. Зажим щеткодержа­теля соединен с одной из клемм коробки выводов, расположенной на боковой или верхней части станины.

Передний (со стороны коллектора) и задний 7 (со стороны вы­ступающего конца вала) подшипниковые щиты двигателя крепятся болтами к станине. В центральной части щитов сделаны расточки под подшипники. В двигателях малой мощности применяют шариковые подшипники качения. В переднем подшипниковом щите сделаны окна, прикрываемые стальной пластиной или лентой. Через окна можно периодически осматривать коллектор и щетки, не разби­рая двигатель.

Для подключения двигателя к питающей сети и присоединения регулирующей аппаратуры имеется коробка выводов, расположенная на боковой или верхней поверхности станины. В двигателях весьма малой мощности вместо коробки выводов на корпусе или на одном из подшипниковых щитов укрепляют клеммную панель или выводят наружу пучок маркированных проводов.

Двигатель снабжен центробежным вентилятором 8, посредством которого воздух «прогоняется» через внутреннюю по­лость двигателя, где отбирает теплоту от обмоток и сердечников. В верхнюю часть станины ввернуто кольцо (рым-болт) используемое при транспортировке или монтаже двигателя. Однако двигатели ма­лой мощности не имеют такого кольца ввиду их небольшой массы. В нижней части станины имеются лапы для установки и закрепления двигателя. Двигатель снабжают болтом заземления для обеспечения электробезопасности при обслуживании.

В процессе работы коллекторного двигателя постоянного тока в его обмотке якоря наводится ЭДС (рис. 1.11). В результате взаимодейст­вия тока i_а в проводнике а обмотки якоря с внешним магнитным по­лем возникает электромагнитная сила F_эм, создающая электромагнит­ный момент М, который приводит якорь во вращение (в рассматри­ваемом случае якорь вращается против часовой стрелки). При этом пазовый проводник пересекает силовые линии поля возбуждения с магнитной индукцией В, и в соответствии с явлением электромагнит­ной индукции в проводнике наводится ЭДС е_а, направление которой определяют по правилу «правой руки». Электродвижущая сила е_а, наведенная в пазовом проводнике, направлена встречно току, прохо­дящему по этому проводнику. Поэтому ЭДС, наведенную в обмотке якоря двигателя, называют противо-ЭДС. Противо-ЭДС (В) прямопропорциональна основному магнитному потоку Ф и частоте враще­ния якоря:

,

где с_е – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя.

Рисунок 1.11. Направление противо-ЭДС в обмотке якоря двигателя.

Рассмотрим электрическую цепь обмотки якоря (рис. 1.12), по которой протекает ток I_a. Применив второй закон Кирхгофа, получим уравнение напряжения двигателя

,

где  – сумма сопротивлений в цепи обмотки якоря, в которую входят обмотки якоря, добавочных полюсов и возбуждения (для дви­гателей последовательного возбуждения) и щеточный контакт.

Рисунок 1.12. Электрическая цепь якоря.

Преобразуя (1.12), получим формулу тока в обмотке якоря, А,

.

Используя (1.11) и (1.12), получим формулу частоты вращения яко­ря двигателя

,

которая прямопропорциональна напряжению на обмотке якоря и U обратно пропорциональна основному магнитному потоку Ф, кроме того зависит от падения напряжения в цепи якоря . Электромагнитная мощность двигателя, Вт,

.

Электромагнитный момент, Н·м,

,

где  – угловая скорость вращения якоря, ; с_м – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя.

Таким образом, электромагнитный момент двигателя постоянно­го тока прямопропорционален основному магнитному потоку Ф и току в обмотке якоря I_а.