По конструктивному выполнению машина постоянного тока (рис. 8.2) подобна обращенной синхронной машине, у которой обмотка якоря расположена на роторе, а обмотка возбуждения — на статоре. Основное отличие заключается в том, что машина постоянного тока имеет на якореколлектор, а на статоре кроме главных полюсов с обмоткой возбуждения — добавочные полюсы,которые служат для уменьшения искрения под щетками.

Статор. На статоре расположены главные полюсы с катуш­ками обмотки возбуждения и добавочные полюсы (на рис. 8.2 не показаны) с соответствующими катушками. Полюсы крепят болтами к стальному корпусу, который является частью магнитной цепи машины. Главные полюсы (рис. 8.3) выполняют шихтованными (из стальных штампованных листов), а добавочные — массивными или также шихтованными.

По станине и полюсам замыкается постоянный магнитный поток, поэтому выполнение полюсов массивными или из листов определяется в основном удобствами технологии. Стальные листы спрессовывают под давлением и скрепляют заклепками и нажимными щеками, установленными по краям каждого полюса. Шихтованными должны быть 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. Однако по условиям технологии обычно выполняют шихтованным весь полюс. Полюсы крепят к станине болтами; резьбу для болтов нарезают непосредственно в шихтованном сердечнике полюса (рис. 8.3, а) либо в массивных стальных стержнях, которые вставляют в выштампованные отверстия в полюсах (рис. 8.3,6).

Рис. 8.2. Устройство машины постоянного тока: 1 - коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4— главный полюс; 5— катушки обмотки возбуждения; 6 — корпус (станина); 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор; 9 — обмоткаякоря

Рис. 8.3. Устройство главных полюсов: 1 -полюсный наконечник; 2 -сердечник полюса; 3- установочныйболт; 4 -заклепки; 5-установочный стержень; 6 - нажимные щеки

Рис. 8.4. Устройство катушек главных (а) и добавочных (б) полюсов: 1 - главный полюс; 2 - катушка обмотки возбуждения; 3 - опорный угольник; 4 - добавочный полюс; 5 - катушка обмотки добавочных полюсов

Катушки главных и добавочных полюсов изготовляют из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения. Катушки машин малой мощности выполняют из тонкой проволоки; последовательные катушки обмоток возбуждения и добавочных полюсов — из полосовой меди (рис. 8.4). Расположенную на полюсе обмотку иногда разбивают на несколько катушек (секций) для лучшего ее охлаждения. При секционном выполнении катушек между отдельными секциями устанавливают дистанционные шайбы из изоляционного материала, посредством которых образуются вентиляционные каналы. Якорь. Сердечник якоря, так же как в синхронной машине, собирают из изолированных листов электротехнической стали (рис. 8.5), Обмотку якоря изготовляют из провода круглого или прямоугольного сечения; обычно она состоит из отдельных, заранее намотанных, якорных катушек (рис. 8.6), которые обматывают изоляционными лентами и укладывают в пазы

Рис. 8.5. Устройство сердечника якоря (а)и сборка его (б): 1, 3- нажимные шайбы (обмоткодержатели);2 - выточки для наложения бандажа;4 - место для запрессовки коллектора; 5 - изоляционная пленка; 6 - стальной лист

Рис. 8.6. Устройство якорных катушек (а) и расположение их в пазах (б): 1 - якорные катушки;2 - сердечник якоря; 3 - коллектор; 4,5 - верхняя и нижняя стороны якорной катушки

сердечника якоря. Обмотку выполняют двухслойной; в каждом пазу укладывают две стороны различных якорных катушек — одну поверх другой. Каждая якорная катушка включает в себя несколько секций, концы которых припаивают к соответствующим коллекторным пластинам; секции могут быть одно- и многовитковыми.

Коллектор. Обычно коллектор выполняют в виде цилиндра (рис. 8.7), собранного из клинообразных пластин твердотянутой меди; между пластинами располагают изоляционные прокладки из слюды или миканита. Узкие края коллекторных пластин имеют форму ласточкина хвоста; после сборки коллектора их зажимают между корпусом и нажимным фланцем (рис. 8.7, а) и изолируют манжетами из миканита. Секции обмотки якоря впаивают в прорези, имеющиеся в выступающей части коллекторных пластин.

Рис. 8.7. Устройство коллектора машины постоянного тока с металлическим и пластмассовым корпусом: 1 — корпус; 2 — нажимный фланец; 3 — изоляционные манжеты; 4 — коллекторные пластины; 5 — изоляционные прокладки; б — пластмасса; 7 — втулка

В машинах малой и средней мощности широко применяют коллекторы, в которых медные пластины и миканитовые прокладки запрессованы в пластмассу (рис. 8.7,б). Поверхность собранного коллектора обтачивают на токарном станке и тщательно шлифуют. Чтобы миканитовые прокладки при срабатывании коллектора не выступали над пластинами и не вызывали вибрации щеток, их профрезеровывают на 0,8—1,5 мм ниже поверхности коллектора.

Щеточный аппарат. По цилиндрической части коллектора скользят щетки, установленные в щеткодержателях. Щетки представляют собой прямоугольные бруски, изготовленные путем прессовки и термической обработки из порошков графита, кокса и других компонентов. Они предназначены для соединения коллектора с внешней цепью и прижимаются к поверхности коллектора пружинами (рис. 8.8, а).

При вращении якоря щетки сохраняют неизменное положение относительно полюсов машины. Щеткодержатели укрепляют на щеточных пальцах и изолируют от них. Щеточные пальцы, в свою очередь, крепят либо к подшипниковому щиту, либо к траверсе, которая позволяет при необходимости поворачивать всю систему щеток относительно полюсов машины. В машинах малой мощности часто применяют трубчатые щеткодержатели (рис. 8.8,б), устанавливаемые непосредственно в подшипниковом щите.

Рис. 8.8. Устройство щеткодержателей машин средней (а) и малой (б) мощностей: 1 — щетка; 2 —обойма; 3 — пружина; 4 — зажимы для крепления к щеточному пальцу; 5 — щеточный канатик; 6 — нажимный палец; 7 — колпак; 8 — изоляционная втулка; 9 — подшипниковый щит; 10 — зажим для выводного проводника

Рис. 8.9. Устройство щеток машин малой (а) и большой (б) мощностей: 1 — щетка; 2 — щеточный канатик; 3 — кабельный наконечник

В зависимости от состава, способа изготовления и физических свойств все щетки (рис. 8.9) делят на шесть основных групп: угольно-графитные, графитные, электрографитированные, медно-графитные, бронзо-графитные и серебряно-графитные. Для каждой машины следует применять щетки только установленной марки, которая выбирается заводом-изготовителем, исходя из условий работы машины.

Принцип действия

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.

Электродвигатель

Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле — это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор отопителя салона и др.

В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На неё подаётся постоянный ток, в результате чего вокруг неё создаётся постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу «буравчика». Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щёточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).

Генератор

В генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью