Устройство электрических машин постоянного тока
- Подробности
- Категория: Электрические машины
- эксплуатация
- ремонт
- электродвигатель
Содержание материала
- Устройство и ремонт электрических машин
- Конструкции электрических машин
- Устройство синхронной машины
- Устройство асинхронных электродвигателей
- Устройство электрических машин постоянного тока
- Ремонт
- Дефектировка и предремонтные испытания
- Разборка
- Ремонт коллекторов, щеточного аппарата и контактных колец
- Ремонт сердечников, валов и вентиляторов
- Ремонт станин, подшипниковых щитов и подшипников
- Ремонт обмоток
- Бандажирование и балансировка роторов и якорей
- Сборка и испытание
Страница 5 из 14
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА И КОНСТРУКЦИИ ИХ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ И ДЕТАЛЕЙ
Электротехническая промышленность выпускает электрические машины постоянного тока большой номенклатуры по мощности и конструктивному исполнению, поэтому несмотря на некоторые различия в конструкции отдельных сборочных единиц и деталей, их устройство одинаково.
Электрическая машина постоянного тока (рис. 100) состоит из статора, якоря, коллектора, щеточного аппарата и подшипниковых щитов.
Статор состоит из станины б, главных полюсов 4 и добавочных полюсов (на рисунке не показаны) с соответствующими катушками. Станина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является часть о магнитной цепи, поскольку через нее замыкается магнитный поток машины. Поэтому станину изготовляют из стали — материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. По окружности станины расположены отверстия для крепления полюсов.
Рис. 100. Устройство электрической машины постоянного тока:
Рис. 101. Главные полюса электрической машины постоянного тока и способы их крепления:
а — болтом, б — стержнем; 1 — полюсный наконечник, 2 — сердечник полюса, 3 — болт крепления сердечника, 4 — заклепка, 5 — нажимные щеки, б — установочный стержень
. Рис. 102. Катушки полюсов
а — главного, б — добавочного; 1 — катушка обмотки, 2 и 4 — главный и добавочный полюса» 3 — опорный угольник, 5 — обмотка
Шихтованными могут изготовляться только наконечники главных полюсов, так как при вращении зубчатого якоря из-за пульсации магнитного потока в воздушном зазоре в них возникают вихревые токи и потери мощности.
Полюса крепят к станине болтами: нарезку резьбы для болтов выполняют непосредственно в шихтованном сердечнике 2 полюса (рис. 10 1, а) либо в массивных стальных стержнях б» (рис. 101,6), вставленных в выштампованные отверстия в полюсах.
Магнитное поле в машине создается намагничивающей силой обмотки возбуждения, выполняемой в виде полюсных катушек, надетых на сердечники главных полюсов. Для уменьшения искрения под щетками и предупреждения таким образом подгара пластин коллектора и образования на его поверхности «кругового огня» машина снабжена добавочными полюсами с катушками, установленными на их сердечниках. Добавочные полюса размещают между главными полюсами и крепят к станине болтами.
Рис. 103. Сердечник якоря машины постоянного тока:
Катушки добавочных полюсов включаются последовательно с обмоткой якоря, поэтому сечение их проводов рассчитано на рабочий ток машины. В некоторых мощных машинах постоянного тока обмотку полюса выполняют из нескольких секций с установкой между ними дистанционных шайб из изоляционных материалов, образующих вентиляционные каналы.
Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник, якоря (рис. 103) собран из штампованных листов электротехнической стали (рис. 104) с выштампованными в них вырезами определенной формы, образующими в собранном сердечнике пазы для укладки в них обмотки якоря. Листы сердечника обычно изолированы с двух сторон тонкой пленкой лака, но могут быть и оксидированы. Собранные в общий пакет листы образуют сердечник, насаженный на вал якоря и закрепленный на нем с помощью нажимных шайб.
Рис. 105. Расположение секций обмотки якоря в пазах сердечника
Рис. 104. Стальной лист сердечника якоря:
1 — зубец листа, 2 — изоляция, 3 — паз
Бандаж выполняют из немагнитной стальной проволоки, наматываемой с предварительным натяжением. Лобовые части обмотки якоря крепят к обмоткодержателю также при помощи бандажа. В современных машинах для бандажирования якорей используют стеклоленту.
Коллектор машины постоянного тока собран из клинообразных пластин холоднокатаной меди, изолированных друг от друга прокладками из коллекторного миканита. Нижние (узкие) края пластин имеют вырезы в форме «ласточкина хвоста», служащие для закрепления медных пластин и миканитовой изоляции.
Коллекторы первым способом крепления называют арочными, а вторым способом — клиновыми. Чаще всего применяют арочные коллекторы, поскольку при ослаблении давления между их пластинами из-за усадки межпластинной миканитовой изоляций эти коллекторы можно предпрессовывать, восстанавливая таким образом необходимое сжатие пластин и прочность коллекторов.
Рис. 106. Коллекторы электрических машин:
а — на пластмассе, б — с нажимными конусами; / и 7 — пластины коллектора, 2 — пластмасса, 3 и 11 — втулки, 4 — нажимной конус, 5 — гайка, 6 и 10 — манжеты, 8 — изолирующий цилиндр, 9 — шнур, /2— балансировочный груз
Щеточный аппарат (рис. 107) состоит из траверсы, щеточных пальцев и щеткодержателей. Траверса (рис. 107, а) служит для крепления на ее щеточных пальцах щеткодержателей (рис. 107, б, в, г), создающих необходимую электрическую цепь. Щеткодержатель состоит из обоймы и нажимного устройства, обеспечивающего прилегание щетки к коллектору с необходимым усилием.
В машинах постоянного тока применяют щеткодержатели двух типов: радиальные, у которых ось щетки совпадает с продолжением радиуса коллектора, (см. рис. 107,5, в), и реактивные, у которых ось щетки расположена под углом к продолжению радиуса коллектора в сторону его вращения (см. рис. 107, г).
Рис. 107. Щеточный аппарат электрических машин постоянного тока:
а — траверса, б и в — радиальные щеткодержатели, г — реактивный щеткодержатель; 1 — пальцы (бракеты), 2 — рычаг, 5, 8 и 15 — пружины, 4 — корпус, 5 и 11 — щетки, б — обойма, 7 — фарфоровый наконечник, 9 — хомутик, 10 — штифт, 12 — стенка обоймы, 13 — храповик, 14 — колечко пружины
Применяемые в машинах постоянного тока щетки имеют маркировку, характеризующую их состав и физические свойства. Щетки, используемые в машинах общепромышленного назначения, подразделяются на три основные группы: графитные, угольно-графитные и медно-графитные. В целях нормальной работы и продления срока службы коллектора следует применять для каждой машины щетки только той марки, которая определена заводом-изготовителем с учетом мощности, конструкции, условий работы и электрической характеристики машины.
Подшипниковые щиты электрических машин служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также — опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.
Рис. 108. Щетки:
а — машин малой и средней мощности, б — машин большой мощности; 1 — щеточный канатик, 2 — наконечник
В электрических машинах постоянного тока применяют различные подшипниковые щиты, отличающиеся друг от друга формой, размером и материалом, из которого они изготовлены. Однако несмотря на большое разнообразие конструкций подшипников щиты можно разделить по назначению на два основных вида: обычные и фланцевые для установки и крепления непосредственно на исполнительном механизме.
В ряде случаев электрические машины постоянного тока могут иметь комбинированную систему крепления (рис. 109), т. е. станину с лапами для установки и крепления на Опорной конструкции и одновременно фланцевый подшипниковый щит для крепления на исполнительном механизме.
Рис. 109. Электрическая машина со станиной для крепления на опорной конструкции и подшипниковым щитом для крепления на исполнительном механизме:
1 — возбудитель, 2 и 4 г- передний и задний подшипниковые щиты, 3 — станина, 5 — зубчатая шестеренка
Подшипниковые щиты электрических машин постоянного тока изготовляют методом литья (преимущественно из стали, реже из чугуна и сплавов алюминия), а также сварки или штамповки. В центре щита имеется расточка под подшипник, в которой устанавливают шариковый или роликовый подшипник качения. В мощных машинах постоянного тока в ряде случаев используют подшипники скольжения.
Рассмотренные вопросы
Какими основными показателями характеризуются электрические машины?
Какие исполнения электрических машин вы знаете?
Каково устройство синхронной машины?
Чем отличается короткозамкнутый ротор от фазного?
Названы основные части машины постоянного тока и укажите их назначение:
Перечислены механические причины искрения щеток машины постоянного тока.
Расскажите об устройстве коллектора машины постоянного тока и его роли.
- Назад
- Вперёд
- Назад
- Вперёд
- Вы здесь:
- Главная
- Оборудование
- Эл. машины
- Круговой огонь на электрической машине
Еще по теме:
- Предремонтные испытания электрических машин
- Ремонт контактных соединений и выводных устройств
- Ремонт устройства токосъемного
- Подготовка электрических машин к ремонту
- Ремонт активной стали статора электродвигателей блочных электростанций
Машины постоянного тока | мтомд.
инфоМашина постоянного тока представляет собой электрическую машину с механическим преобразователем частоты в цепи якоря и поэтому имеет обращенное исполнение.
Устройство и назначение машин постоянного тока
Обмотка возбуждения 3 располагается на статоре, а обмотка якоря 5 — на роторе. Преобразователь частоты выполняется в виде коллектора 7, пластины которого электрически связаны с обмоткой якоря. Система неподвижных щеток 6 обеспечивает связь вращающейся обмотки якоря с внешней сетью.
Схема машины постоянного тока
Статор обычно выполняется в виде массивной станины 1, на которой укрепляются полюсы 2 с обмоткой возбуждения. Сердечники полюсов собираются из листов конструкционной стали толщиной 1-2 мм.
Магнитопровод якоря 4 набирается из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазы магнитопровода укладываются изолированные секции двухслойной обмотки якоря. Выводы секции припаиваются к коллекторным пластинам, закрепленным на валу машины постоянного тока. Число коллекторных пластин равно числу секций. Коллекторные пластины изготавливаются из меди и изолируются друг от друга и от вала с помощью миканитовых прокладок. На внешней поверхности коллектора устанавливаются угольные щетки, закрепленные в щеткодержателях неподвижно относительно статора. Число щеток равно числу полюсов.
Положение щеток относительно полюсов может меняться, но, как правило, щетки устанавливаются на геометрической нейтрали — линии, перпендикулярной оси магнитного поля полюса. В этом случае процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока аналогичны процессам преобразования в синхронных машинах при чисто активной нагрузке. Машины постоянного тока применяются как в качестве электродвигателей, так и в качестве генераторов.
Области применения машин постоянного тока
Двигатели постоянного тока, в отличие от двигателей переменного тока, обладают хорошими регулировочными свойствами и могут иметь механические характеристики n = f(Mвн), удовлетворяющие требованиям большинства рабочих механизмов. Поэтому двигатели постоянного тока широко используются на транспорте (магистральные электровозы, тепловозы, пригородные электропоезда, метрополитен, трамваи, троллейбусы), в станках, прокатных станах, кранах, судовых установках. В подавляющем большинстве автомобилей, тракторов, самолетов и других летательных аппаратов двигатели постоянного тока приводят во вращение все вспомогательное оборудование.
Постоянный ток для питания двигателей получают либо с помощью полупроводниковых выпрямительных установок, преобразующих переменный ток в постоянный, либо с помощью генераторов постоянного тока. Генераторы постоянного тока используют также в технологических процессах для питания электролизных и гальванических установок. Широкое распространение получили генераторы постоянного тока специального назначения (сварочные генераторы, генераторы для освещения поездов, электромашинные усилители постоянного тока, возбудители синхронных машин).
Недостатком машин постоянного тока является их относительно высокая стоимость, а также наличие скользящего контакта между щетками и коллектором. В последние годы в связи с развитием полупроводниковой техники ведутся работы по замене механического коллектора полупроводниковым преобразователем. Однако, несмотря на большие усилия, направленные на создание полупроводниковых преобразователей частоты, электроприводы с такими преобразователями оказываются в 1,5 — 2,5 раза тяжелее и дороже электроприводов с двигателями постоянного тока. Поэтому выпуск машин постоянного тока не сокращается, и они находят все новые области применения.
Безредукторные машины постоянного тока — Nidec Elevator Group
Эта серия сертифицирована UL/CSA CUS и представляет собой замену безредукторного привода постоянного тока с прямым приводом. Доступные модели: 591, 593, 596, 598. (3864 кг) грузоподъемность автомобиля для работы с канатом 2:1 ДЮЙМОВЫЕ РАЗМЕРЫ РАЗМЕР РАМЫ | НОМИНАЛЬНЫЙ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ (FT-LB) | WK² АРМАТУРА И 26 ДЮЙМОВ ШКИВ (ФУНТ-ФУТ²) | Якорь | АРМАТУРА | Якорь СОПРОТИВЛЕНИЕ ГОРЯЧИЙ ( Ом) | ЯКОРЬ ЦЕПЬ ИНДУКТИВНОСТЬ (℧⁻³) |
591 | 1 725 | 1 149 | 1 346 | 180 | 0,117 | 7,17 |
593 | 2 300 | 1 232 | 1 790 | 180 | 0,132 | 9,56 |
595 | 2 875 | 1 315 | 2 236 | 180 | 0,138 | 11,79 |
593 | 3 250 | 1 438 | 2 915 | 180 | 0,146 | 15,53 |
Типоразмер серии 590, базовые номинальные параметры (продолжение)
ДЮЙМОВЫЕ РАЗМЕРЫ РАЗМЕР РАМЫ | ПОЛЕ НАПРЯЖЕНИЕ (В) | ПОЛЕВЫЕ УСИЛИТЕЛИ (А) | ПОЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (Ом) | Л/П ПОЛЕ ВРЕМЯ ПОСТОЯННАЯ (S) | ИТОГО |
591 | 195 | 8,35 | 23. 41 | 0,94 | 6 579 |
593 | 183 | 10,50 | 17.40 | 1,08 | 7 467 |
595 | 195 | 11,0 | 17,73 | 1,16 | 8 358 |
593 | 1500 | 13.20 | 15.02 | 1,29 | 9 759 |
Аппарат постоянного тока с раневым полем или постоянным магнитом
Основное содержание
Реализовать машину постоянного тока с раневым полем или постоянным магнитом
Библиотека
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Electric Machines
Описание
Устройство постоянного тока с магнитным полем магнитная машина постоянного тока.
Для машины постоянного тока с раневым полем предоставляется доступ к полевым клеммам (F+, F−), чтобы модель машины можно было использовать как машину постоянного тока с параллельным или последовательным соединением. Крутящий момент, приложенный к валу, предоставляется в Simulink 9.0313 ® ввод T L .
Цепь якоря (A+, A-) состоит из катушки индуктивности La и резистора Ra, соединенных последовательно с противоэлектродвижущей силой (CEMF) E.
CEMF пропорциональна скорости машины.
E = K E ω
K E – постоянная напряжения, а ω – скорость машины.
В модели машины постоянного тока с независимым возбуждением постоянная напряжения K E пропорциональна току возбуждения I f :
K E = L af I f ,
L af is the field-armature mutual inductance.
Электромеханический крутящий момент, развиваемый машиной постоянного тока, пропорционален току якоря I a .
T e = K T I a ,
K T — константа крутящего момента. Конвенция о знаке для T E и T L IS:
T E , T L > 0: Мотовой режим
315 L > 0: Motor
333 L > 0: 33. 0: Генераторный режим
Постоянная крутящего момента равна постоянной напряжения.
К Т = К Е .
Цепь якоря подключается между портами A+ и A- блока DC Machine. Он представлен ветвью серии Ra La, последовательно соединенной с источником управляемого напряжения и блоком измерения тока.
В модели машины постоянного тока с раневым полем цепь возбуждения представлена цепью RL. Он подключен между портами F+ и F- блока DC Machine.
В модели машины постоянного тока с постоянными магнитами ток возбуждения отсутствует, поскольку поток возбуждения создается магнитами. K E и K T являются константами.
Механическая часть вычисляет скорость машины постоянного тока на основе чистого крутящего момента, приложенного к ротору. Скорость используется для реализации ЭДС напряжения Е цепи якоря.
Механическая часть реализует это уравнение:
Jdωdt=Te-TL-Bmω-Tf,
J = инерция, B m = коэффициент вязкого трения крутящий момент.
Parameters
Configuration Tab
Parameters Tab
Advanced Tab
Configuration Tab
- Preset model
Предоставляет набор предопределенных электрических и механических параметров для различных номинальных мощностей машины постоянного тока (л.с.), напряжения постоянного тока (В), номинальной скорости (об/мин) и напряжения возбуждения (В).
Предустановленные модели доступны только для модели машины постоянного тока раневого поля.
Выберите одну из предустановленных моделей, чтобы загрузить соответствующие электрические и механические параметры в записи диалогового окна. Выберите
Нет
(по умолчанию), если вы не хотите использовать предустановленную модель или хотите изменить некоторые параметры предустановленной модели.При выборе предустановленной модели электрические и механические параметры на вкладке диалогового окна Параметры становятся неизменяемыми (недоступными). Чтобы начать с заданной предустановленной модели, а затем изменить параметры машины:
Выберите предустановленную модель, параметры которой вы хотите инициализировать.
Измените значение параметра Preset model на
Нет
. Это не изменяет параметры машины. Поступая таким образом, вы разрываете связь с конкретной предустановленной моделью.Измените параметры машины по своему усмотрению, затем нажмите Применить .
- Механический ввод
Выберите крутящий момент, приложенный к валу, или скорость ротора как ввод Simulink блока, или представьте вал машины вращательным механическим портом Simscape™.
Выберите
Torque TL
(по умолчанию), чтобы указать входной крутящий момент в Нм, и измените маркировку входа блока наTL
. Скорость машины определяется инерцией машины J и разницей между приложенным моментом механической нагрузки TL и внутренним электромагнитным моментом Te. Условные обозначения для механического крутящего момента: когда скорость положительна, положительный сигнал крутящего момента указывает на режим двигателя, а отрицательный сигнал указывает на режим генератора.Выберите
Speed w
, чтобы указать скорость в рад/с и изменить маркировку блока наw
. Задается скорость машины, а механическая часть модели (Инерция J) игнорируется. Использование скорости в качестве механического входа позволяет моделировать механическую связь между двумя машинами.На следующем рисунке показано, как моделировать жесткое соединение валов в мотор-генераторе. Выход скорости машины 1 (двигателя) подключен к входу скорости машины 2 (генератора), а выход электромагнитного крутящего момента Te машины 2 подается на вход крутящего момента механической нагрузки TL машины 1. Коэффициент Kw учитывает единицы скорости. обеих машин (рад/с) и передаточного отношения коробки передач. Коэффициент КТ учитывает единицы крутящего момента обеих машин (Н·м) и номинальные характеристики машины. Кроме того, поскольку инерция J2 в машине 2 игнорируется, J2, относящаяся к скорости машины 1, должна быть добавлена к инерции машины 1 J1.
Выберите
Механический вращательный порт
, чтобы добавить в блок механический вращательный порт Simscape, который позволяет соединять вал машины с другими блоками Simscape, имеющими механические вращательные порты. Вход Simulink, представляющий механический крутящий момент TL или скорость w машины, затем удаляется из блока.На следующем рисунке показано, как соединить блок Ideal Torque Source из библиотеки Simscape с валом машины, чтобы представить машину в режиме двигателя или в режиме генератора, когда скорость ротора положительна.
- Тип поля
Выберите между полем раны и машиной постоянного тока с постоянными магнитами. Возможные варианты:
Обмотка
(по умолчанию) иПостоянный магнит
.- Использовать имена сигналов для идентификации меток шин
Если этот флажок установлен, выходные данные измерения используют имена сигналов для идентификации меток шин. Выберите этот параметр для приложений, требующих, чтобы метка сигнала шины содержала только буквенно-цифровые символы.
Если этот флажок снят (по умолчанию), выходные данные измерения используют определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат не буквенно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink.
Вкладка «Параметры»
- Сопротивление и индуктивность якоря [Ra La]
Сопротивление якоря Ra в омах и индуктивность якоря La в генри. По умолчанию
[ 0,6 0,012]
.- Сопротивление поля и индуктивность [Rf Lf]
Сопротивление поля Rf в омах и индуктивность поля Lf в генри. Этот параметр виден, только если для параметра Тип поля на вкладке Конфигурация установлено значение
Рана
. По умолчанию[ 240 120]
.- Взаимная индуктивность якоря возбуждения Laf
Взаимная индуктивность якоря возбуждения, в генри. Этот параметр виден только тогда, когда Параметр типа поля на вкладке Конфигурация имеет значение
Рана
. По умолчанию1.8
.- Задайте
Для машины постоянного тока с постоянными магнитами выберите константу машины, которую вы хотите указать для параметризации блока. Значения:
Константа крутящего момента
(по умолчанию) иКонстанта обратной ЭДС
. Этот параметр виден, только если параметр Field type в конфигурации 9Вкладка 0008 установлена наПостоянный магнит
.- Постоянный крутящий момент
Крутящий момент на постоянную тока машины постоянного тока с постоянными магнитами, в Нм/А. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Тип поля на вкладке Конфигурация установлено значение
Постоянный магнит
, а для параметра Задать выше установлено значениеПостоянная момента
. По умолчанию1.8
.- Постоянная противо-ЭДС
Напряжение на константу скорости машины постоянного тока с постоянными магнитами, В/об/мин. Этот параметр отображается только в том случае, если для параметра Тип поля на вкладке Конфигурация установлено значение
Постоянный магнит
, а для параметра Задать выше установлено значениеПостоянная противоЭДС
. По умолчанию1.8
.- Суммарная инерция Дж
Суммарная инерция машины постоянного тока, кг.м 2 . По умолчанию
1
.- Коэффициент вязкого трения Bm
Общий коэффициент трения машины постоянного тока, Н.м.с. По умолчанию
0
.- Кулоновский момент трения Tf
Суммарная кулоновская константа момента трения машины постоянного тока, Н.м. По умолчанию
0
.- Начальная скорость
Указывает начальную скорость для машины постоянного тока в рад/с, чтобы начать моделирование с определенной начальной скоростью. Чтобы запустить моделирование в установившемся режиме, начальное значение входного сигнала крутящего момента T L должны быть пропорциональны начальной скорости. По умолчанию
1
.
Вкладка «Дополнительно»
- Шаг расчета (-1 для унаследованного)
Определяет шаг расчета, который использует блок. Чтобы унаследовать шаг расчета, указанный в блоке Powergui, установите этот параметр на
-1
(по умолчанию).
Входы и выходы
-
TL
Вход блока представляет собой крутящий момент механической нагрузки в Нм.
-
w
Альтернативный ввод блока (в зависимости от значения параметра Механический ввод ) представляет собой скорость машины в рад/с.
-
m
Выход блока представляет собой вектор, содержащий сигналы измерения. Можно демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Bus Selector, предоставленного в библиотеке Simulink.
Имя
Definition
Units
w
Speed wm
rad/s
iA
Armature current ia
A
IF
Полевой ток, если
A
TE
Электройный пайный 4055 TE
TE
TE
TE
TE
TE
TE
TE
TE
TE
0003Н·м
Примеры
Пример power_dcmotor
иллюстрирует пуск трехступенчатой машины с сопротивлением 240 В постоянного тока мощностью 5 л.с.
Ссылки
[1] Анализ электрических машин , Krause et al.