Будова колекторних електричних машин

Електрична машина постійного струму складається з нерухомого статора і якоря, що обертається. Статор включає станину і головні полюси з полюсними котушками. Як правило, в колекторних двигунах малої потужності з електромагнітним збудженням використовують двохполюсні статори (2р = 2) двох конструкцій – збірний і суцільний шихтований. Станина збірного статора (рис.1.1.6, а) являє собою суцільну трубу 1, до внутрішньої поверхні якої гвинтами кріпляться полюси. Осердя 2 головних полюсів виготовляють у вигляді стального бруска або набирають з штампованих стальних пластин товщиною 0,5-1 мм. Кожний головний полюс на стороні, що обернена до якоря 4, має полюсний наконечник, що забезпечує необ-хідне розподілення магнітної індукції в повітряному проміжку. Полюсні котушки 3 з’єднуються послідовно і утворюють обмотку збудження, при ввімкненні якої до джерела постійного струму в магнітній системі двигуна створюється магнітне поле.

В двигунах постійного струму потужністю до 200-250 Вт, як правило, використовують шихтований статор (рис.1.1.6, б), що являє собою набір пластин складної конфігурації з листової електротехнічної сталі товщиною 0,35 або 0,5 мм, в яких станина і головні полюси відштамповані разом. Для надання набору пластин необхідної міцності його скріплюють не менше ніж чотирма шпильками.

Рис. 1.1.6. Статори колекторних двигунів збірний (а), шихтований (б)

На рис. 1.1.7 зображено будову колекторного двигуна постійного струму захищеного виконання з самовентиляцією. Статор має збірну конструкцію і складається з станини 6, головних полюсів 4 з полюсними котушками 5 каркасного типу, тобто намотані на каркас з ізоляційного матеріалу. Якір двигуна включає осердя, обмотку якоря, колектор і вал.

Рис. 1.1.7. Будова двигуна постійного струму захищеного виконання

Осердя якоря 3 – це циліндр, набраний з штампованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм (рис.1.1.8). Перед збіркою ці листи покривають спеціальним ізоляційним лаком. Така конструкція осердя якоря дозволяє значно послабити вихрові струми, що виникають в ньому при його перемагнічуванні в процесі обертання в магнітному полі. В повздовжні пази сердечника якоря укладені пазові сторони секцій обмотки якоря. Часто пази якоря роблять з нахилом, що послаблює пульсацію в повітряному проміжку і зменшує вібрації і шум, що супроводжують роботу двигуна.

Обмотка якоря 9 (див. рис. 1.1.7) складається з секцій (котушок), виконаних мідним ізольованим проводом, як правило, круглого перерізу. Пазові сторони секцій закріплюють в пазах осердя якоря завдяки гетинаксовим клинам або бандажу. З двох сторін осердя якоря розташовані лобові частини обмотки якоря. З боку колектора вони підключаються до його пластин, а з боку, протилежного колектору, з’єднують пазові сторони секцій. Для закріплення лобових частин на них накладають бандаж з скляної стрічки.

Рис.1.1.8.Лист сердечника якоря

Колектор 1 двигуна (див.рис.1.1.7) має циліндричну форму і складається з мідних пластин, ізольованих одна від одної міканітовими прокладками. В колекторних двигунах малої потужності використовують колектори на пластмасі (рис. 1.1.9), мідні пластини 1 і міканітові прокладки яких запресовані в пластмасу 2. Основа колектора – стальна втулка 4, запресована на вал двигуна. В двигунах з підвищеною частотою обертання для надання колектору великої міцності в колекторі використовують армуючі кільця 3. Робоча поверхня колектора, по якій ковзають контактні щітки, повина бути чистою. Щоб міканітові прокладки при відпрацюванні мідних пластин не виступали над робочою поверхнею колектора, що порушувало б нормальну роботу колектора і двигуна, між кожною парою суміжних мідних пластин фрезерують доріжку на глибину до 1,5 мм. Колекторні пластини з боку осердя якоря мають виступи, що називаються “півниками”, до них приєднують секції обмотки. Щітки 2 (див. рис.1.1.7) розташованні в щіткотримачах і прижимаються до колектору пружинами. В деяких мікродвигунах малої потужності використовують трубчасті щіткотримачі (рис.1.1.10), які вмонтовані в підшипниковий щит двигуна і складаються з металічної втулки 1, пружини 3 і пластмасового колпака 2. Металічна втулка електрично пов’язана з щіткою, ізолюється від підшипникового щита з допомогою втулки 7. Зажим 5 щіткотримача з’єднаний з однією з клем коробки виводів, що розташована на боковій або верхній частині станини.

Передній (з боку колектора) і задній 7 (з боку виступаючого кінця валу) підшипникові щити двигуна (див. рис.1.1.7) прикріплюються гвинтами до станини. В центральній частині щитів зроблені отвори під підшипники. В двигунах малої потужності використовують шарикові підшипники кочення. В передньому підшипниковому щиті зроблені вікна, що прикриваються стальною пластиною або стрічкою. Через вікна можна періодично розглядати колектор і щітки, не розбираючи двигун.

Для підключення двигуна до мережі живлення і з’єднання регулюючої апаратури є коробка виводів, розташована на боковій або верхній поверхні станини. В двигунах малої потужності замість коробки виводів на корпусі або на одному з підшипникових щитів закріплюють клемну панель або виводять з середини маркіровані провода.

Рис.1.1.9. Будова колектора Рис.1.1.10. Будова щітко-

на пластмасі тримача

Двигун (див. рис.1.1.7) має центробіжний вентилятор 8, завдяки якому повітря проходить через внутрішню порожнину двигуна, де охолоджує обмотки і осердя. В верхню частину станини вмонтований гвинт, що використовується при транспортуванні чи монтажі двигуна. Але двигуни малої потужності такого гвинта не мають через їх малу вагу. В нижній частині станини є ноги для встановлення і закріплення двигуна. Двигун має гвинт заземлення для забезпечення електробезпеки при обслуговуванні.

Будова колекторного двигуна (рис.1.1.11) потужністю 200 Вт з шихтованою станиною відрізняється від раніше розглянутих конструкцій окремих деталей і вузлів. Так, зовнішня оболонка і підшипникові щити виконанні з алюмінієвого сплаву.

Крім двигунів з електромагнітним збудженням в пристроях автоматики використовуються двигуни малої потужності з збудженням постійними магнітами. Потужність цих двигунів, як правило, не перевищує декількох десятків ват. Відсутність обмотки збудження спрощує конструкцію двигунів і сприяє підвищенню їх ККД і надійності.

Рис.1.1.11. Будова двигуна постійного струму малої потужності серії СЛ

з шихтованою станиною:

1-підшипник, 2-підшипниковий щит задній, 3-статор, 4-якір, 5-підшипниковий щит задній, 6-щіткотримач, 7-колектор, 8-клемна колодка

Існує декілька різновидів магнітних систем цих двигунів, що відрізняються конфігурацією постійних магнітів і їх розташуванням на статорі:

– магнітна система з радіальними магнітами (рис.1.1.12, а) конструктивно найбільш проста, але не забезпечує отримання великої МРС постійного магніту, так як простір між магнітами залишається невикористаним,

– магнітна система з підковоподібними магнітами (рис.1.1.12, б) забезпечує отримання великої МРС і краще використання міжполюсного простору,

– магнітна система з кільцевим магнітом (рис.1.1.12, в) найбільш раціональна і найчастіше використовується. Площадки у полюсів постійного магніту зробленні для зменшення ваги магніта, так як матеріал в цих частинах магніта використовується лише частково. Магнітна система з торцевим магнітом (рис. 1.1.12, г) забезпечує двигуну мінімальний діаметр за рахунок збільшення його довжини.

Рис. 1.1.12. Магнітні системи двигунів постійного струму з постійними магнітами

На рис. 1.1.13 зображено будову колекторного двигуна постійного струму з кільцевою магнітною системою постійного магніту 1. Підшипниковий щит 3 з боку колектора виконаний з пластмаси, а щит 2 – з алюмінію. Обидва шарикопідшипники зовнішніми кільцями запресовані в стальні армуючі втулки. Виготовлення постійних магнітів з сучасних магнітотвердих самарій-кобальтових і платинових сплавів з великою питомою магнітною енергією дозволяє отримати двигуни, що збуджуються постійними магнітами потужністю до 50 Вт і більше.

Рис. 1.1.13. Будова колекторного двигуна з постійними магнітами

Двигуни з постійними магнітами мають недоліки, що обмежують в ряді випадків їх використання: а) неможливість регулювати частоту обертання двигуна зміною магнітного потоку збудження; б) при потужності, що перевищує 40-50 Вт, їх габаритні розміри і вага виявляються більші, ніж у двигунах з електромагнітним збудженням; в) матеріали для виготовлення постійних магнітів дефіцитні і дорогі.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”