Машина постоянного тока

Некоммерческое  акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

 

Кафедра Электропривод и автоматизация промышленных установок

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромеханика и электротехническое оборудование

 

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА №1

 

 

 

Специальность 5B0718 – Электроэнергетика

 

Выполнил Жалмуханбет А.К.

 

Группа БЭ-10-8

 

№ зачетной книжки 104176

 

Руководитель профессор кафедры ЭиАПУ Шидерова Р.М.

 

___ «___»_____2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2012

Содержание

 

Введение	3
1 Устройство машин постоянного тока	4
2 Принцип действия машин постоянного тока	9
3 Расчет обмоточных коэффициентов обмотки статора асинхронной машины	13
Схема развертки  обмотки	15
Список литературы	16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Электроэнергия  в нашем веке имеет весомое  значение. Важную роль играет развитие современных технологий, которые внедряются в существующие установки с целью достижения более высокой производительности при меньших затратах. Машины постоянного тока имеют свои специфические свойства, области применения и ограничения использования.

Электрические машины по роду питания делятся на машины переменного и постоянного тока. Машины постоянного тока подключаются к сети постоянного тока. В автономных системах машина постоянного тока является источником постоянного тока в генераторном режиме, а в режиме двигателя потребляет энергию от источника постоянного тока.

Машины постоянного тока используются как двигатели и как генераторы. В промышленности более распространены двигатели.

В данной расчетно-графической  работе рассматривается принцип действия и конструкция асинхронной машины,  схема-развертка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Устройство машин постоянного тока

 

Машина постоянного тока состоит из следующих основных частей; станины, полюсов, якоря с коллектором, подшипниковых щитов с подшипниками, щеткодержателей со щетками (рисунок 1.1).

 

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

 

Рисунок 1.1 - Машина постоянного тока в разборном виде

 

  Станина машины – это замкнутый магнитопровод, обычно выполненный из стали. К внутренней части станины прикрепляют главные и дополнительные полюса. В нижней наружной части станина имеет лапы, при помощи которой машину крепят на фундамент. К бокам станины прикреплены подшипниковые щиты(рисунок 1.2), в которых установлены подшипники скольжения или качения. В современных быстроходных машинах ставят подшипники скольжения(роликовые или шариковые).

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

 

 

 

1 – защитная крышка,2 – вал, 3 – шариковый подшипник, 4 – сальник, 5 – вентилятор, 6 – левый подшипниковый щит, 7 – обмотка якоря, 8 – станина, 9 – главный полюс, 10 – сталь якоря, 11 – дополнительный полюс, 12 – коллектор, 13 – устройство для балансировки якоря, 14 – щитодержатель, 15 – правый подшипниковый щит, 16 – защитная решотка, 17 – рым, 18 – обмотка дополнительного полюса, 19 – обмотка главного полюса,20 – доска зажимов, 21 – крышка доски зажимов

 

Рисунок 1.2 - Разрез машины постоянного тока

 

Сердечники 4 (рисунок 1.3) 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.

1 – станина,2 – катушки возбуждения, 3 – полюсный наконечник,4 – сердечник полюса

 

Рисунок 1.3 - Основной полюс

 

В машинах небольшой мощности обмотку возбуждения выполняют без каркаса. Между главными располагают добавочные полюса, назначение которых объяснено в главе V, 2 (рисунок 1.4).

 

 

1 – сердечник, 2 – катушка

 

Рисунок 1.4 - Дополнительный полюс

 

Вращающуюся часть машины постоянного тока, в которой индуктируется э. д. с., называют якорем (рисунок 1.5). 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. В состав листовой электротехнической стали, применяемой для изготовления электрических машин и трансформаторов, входит кремний (силиций). Присадка кремния 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: ЭИ, Э12, Э21, Э31,

Э310, Э320, ЭЗЗО, Э41, Э42, Э43.

 

 

1 – нажимная шайба, 2 – место  для бандажа, 3 – место для коллектора

 

Рисунок 1.5 - Якорь без обмотки

 

Расшифровываются эти условные обозначения следующим образом: Э — электротехническая сталь, первые за буквой цифры 1, 2, 3, 4 обозначают степень легирован- ности стали кремнием (1 — слаболегированная — 0,8— 1,8% кремния, 2 — средне легированная — 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.

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 пресс- шпана, лакоткани и т. п. 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 из медных пластин, прочно скрепленных стяжными болтами на корпусе стальной втулки 1 (рисунок1.6). Медные пластинки 6 имеют форму ласточкина хвоста, изготовляют их из меди с примесью кадмия (около 1%), который способствует повышению механической прочности меди. Пластины, называемые ламелями, изолируют одну от другой и от втулки миканитом 4. Миканит — это склеенная лаками слюда.

 

1-корпус коллектора;

2 - стяжной болт; з — нажимное кольцо; 4 — изоляция миканитовая, 5 — место лрипаивания проводов обмотки; 6 — «ласточкин хвост»; 7 —ламель

 

Рисунок 1.6 - Коллектор

 

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 металлоугольные щетки. Щетка, помещенная в обойме щеткодержателя, пружиной 2 прижимается к коллектору (рисунок 1. 7). Щеткодержатель закрепляют на пальце 1 траверсы, на который надета втулка 2 из изоляционного материала. Таким образом щеткодержатели изолированы от корпуса машины.

 

1 – палец  траверсы; 2 — изоляционная втулка, з — стопорный бол г траверсы

 

Рисунок 1.7 - Траверса щеточная

 

Траверсу закрепляют на подшипниковом щите стопорным болтом 3. Чтобы изменить положение щеток относительно коллектора, траверсу поворачивают.

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 сверху крышкой .

 

     

2 Принцип действия машин постоянного тока

 

Рассмотрим принцип действия простейшего  генератора, выполненного из одного витка, вращаемого по часовой стрелке в  магнитном поле. Между двумя полюсами поместим виток, намотанный на стальной цилиндр (рисунок 2.3). Концы витка присоединены к двум кольцам, на которых установлены неподвижные щетки А ж Б. Силовые линии направлены радиально по отношению к стальному цилиндру, причем полюса имеют такую форму, что магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсами и стальным цилиндром распределена синусоидально. Зазор между полюсом и цилиндром неодинаков: между серединой полюса и цилиндром зазор меньше, чем между краями полюсов и цилиндром. При такой конструкции направление движения проводника везде перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 - Принцип действия простейшего генератора переменного тока

 

При вращении витка в нем индуктируется  э.д.с., синусоидальная по форме кривой, так как магнитная индукция в зазоре синусоидальна. Когда виток абвг расположен горизонтально, индуктируемая в нем    э.д.с. равна нулю, так как стороны витка движутся в пространстве, где магнитная индукция равна нулю. При вертикальном положении витка его стороны движутся в поле с максимальной магнитной индукцией, поэтому и э. д. с. имеет максимальное значение. Когда провод аб проходит под северным полюсом, э.д.с. в этом проводе направлен от нас; если провод аб проходит под южным полюсом, то э.д.с. в проводе изменяет свое направление, таким образом, в витке индуктируется переменный ток.

Для выпрямления тока применяют коллектор. Простейший коллектор — это два изолированных полукольца, к которым присоединяют концы витка (рисунок 2.2). Щетки на коллекторе устанавливают так, чтобы они переходили с одного полукольца на другое, ко г да индуктируемая э. д. с. в витке равна нулю.

 

 

Рисунок 2.2 - Принцип действия генератора постоянного тока

 

 Щетка А соприкасается всегда с тем полукольцом, провод от которого проходит под северным полюсом, а щетка Б с полукольцом, провод от которого проходит под южным полюсом. Поэтому во внешней цепи ток течет в одном направлении от щетки Б к щетке А. Щетка, с которой ток стекает в сеть, имеет знак плюс (+), а к которой ток притекает, — знак минус (—).

Выпрямленный ток пульсирует. При одном витке величины э. д. с. и тока изменяются от нуля до максимума. Для уменьшения пульсации на барабан наматывают большое число витков. Рассмотрим простейший генератор с двумя витками, намотанными на стальное кольцо (рисунок 2.3, а), каждый виток присоединяют к паре коллекторных пластин так, чтобы цепь обмотки была замкнутой. Оба витка как источники э. д. с. оказываются включенными параллельно, и э. д. с. на щетках определяется величиной э. д. с. одного витка, ток же в цепи нагрузки может быть в 2 раза больше, чем при одном витке. Кривая выпрямленного тока и э. д. с. имеет такой же вид, как и при одном витке.

  Если на стальном кольце расположить четыре ветка, увеличив число коллекторных пластин до четырех так, чтобы цепь обмотки была замкнутой системой (рисунок 1.3, б), то кривые э. д. с. витков 1 и 2 будут сдвинуты по фазе на 90° (рисунок 2.4).

Стальное кольцо с намотанными на него витками называют –  кольцевым якорем.

а – с двумя витками, б – с четырьмя витками

 

Рисунок 2.3 - Генератор постоянного тока с кольцевым якорем

 

По правилу правой руки, э. д. с. в витках 3 ж 4 направлена к нам. Так как витки 3 и 4 сдвинуты на 90°, то и э. д. с. этих витков е3 и е4 сдвинуты по фазе на 90°. Кривые э. д. с. витков 3 и 4 имеют такой же характер, как и у витков 1 и 2, но противоположны им по направлению. Например, кривая э. д. с. ех противоположна по направлению кривой э. д. с. е3, а кривая э. д. с. е2 противоположна по направлению кривой э. д. с. е4.

Так как величина э.д.с. на щетках кольцевого якоря определяется величиной э. д. с. в одной ветви с витками 1 я 2, то для получения суммарной э. д. с. на щетках сложим мгновенные значения э. д. с. витков 1 ж 2. На рисунке 1.4, а показаны кривые э. д. с. витков 1 и 2 до выпрямления их коллектором, а на рисунке 1.4, б — после выпрямления. Жирной линией на рисунке 1.4, б показана суммарная э. д. с. на щетках машины.

а – до выпрямления  коллектором, б – после выпрямления  коллектором

 

Рисунок 2.4 - Кривые Э.Д.С., индуцируемых в кольцевом якоре с четырьмя

 

Суммарная э. д. с. кольцевого 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 %.