Для чего нужны дополнительные полюса в двигателе постоянного тока
Назначение дополнительных полюсов. Реакция якоря.
 1. Якорь, находящийся под напряжением, создаёт своё магнитное поле |  2. Главные полюса также создают своё магнитное поле, равномерно распределённое по якорю. |  3. В результате взаимодействия двух полей магнитное поле главных полюсов искажается, т.е., физическая нейтраль двигателя немного наклоняется против направления вращения якоря. |
Таким образом, магнитное поле со стороны набегающего края полюса (в моторном режиме) становится более насыщенным. Это значит, что и противо-ЭДС, наведённая в соответствующей секции якоря будет больше, чем в секции над сбегающим краем. Образовавшаяся разность потенциалов между ламелями (коллекторными пластинами) приведёт к повышенному искрению на коллекторе, что может привести к образованию кругового огня, однако, дополнительные полюса «выравнивают» искривлённый магнитный поток, предотвращая это явление. Дополнительные полюса предназначены для компенсации реакции якоря, путём выравнивания манитного потока главных полюсов.
Самоиндукция.
· Если разомкнуть цепь, содержащую катушку с большой индуктивностью, то при размыкании контактов будет образовываться электрическая дуга, способная привести к разрушению коммутационного аппарата, поэтому в подобных случаях необходимо применять устройство дугогашения или (для низковольтных цепей) подключать параллельно контактам конденсатор.
Вихревые токи.
При колебаниях напряжения в контактной сети изменяется магнитный поток в катушках подключённых электроаппаратов. Но изменяющийся магнитный поток способен индуктировать ЭДС самоиндукции не только в витках катушки, но и в массивных металлических проводниках. Пронизывая толщу массивного проводника, магнитный поток индуктирует в нем ЭДС, создающую индукционные токи. Эти, так называемые вихревые токи, распространяются по массивному проводнику и накоротко замыкаются в нем, вызывая перегрев и разрушение изоляции, что может привести к выходу аппарата из строя.
Сердечники катушек, якорей электродвигателей, трансформаторов, магнитопроводы различных электрических машин и аппаратов представляют собой как раз те массивные проводники, которые нагреваются возникающими в них индукционными токами. Явление это крайне нежелательно, поэтому для уменьшения величины индукционных токов части электрических машин и сердечники якорей и обмоток возбуждения электродвигателей делают не цельнолитыми, а состоящими из тонких пластин, изолированных друг от друга бумагой или слоем изоляционного лака. Благодаря этому преграждается путь для распространения вихревых токов по телу проводника. Вихревые токи также способны вызвать электрическую коррозию, то есть, разрушение структуры металла, а также размагничивают обмотки двигателя, ухудшая его тяговые характеристики
Главные и дополнительные полюса—важные части двигателя
Главные полюса предназначены для создания основного магнитного потока,
который взаимодействуя с током обмотки якоря, приводит якорь во вращение.
Добавочные полюса предназначены для улучшения коммутации. Коммутацией
называется процесс перехода тока секции обмотки якоря из одной
параллельной ветви в другую, т.е. процесс изменения направления тока в секции
якоря. Ток, проходящий по обмотке якоря, создаёт собственное магнитное
поле, которое взаимодействует с основным магнитным полем двигателя.
Воздействие магнитного поля якоря на основное поле двигателя
называется реакцией якоря. Реакция якоря нарушает правильную коммутацию,
вызывая искрение под щётками. Воздействие реакции якоря, вызывающее
искрение на коллекторе, устраняется с помощью добавочных полюсов,
которые размещены между главными полюсами по оси коммутируемых
секций, замыкаемых накоротко щётками.
Чтобы магнитное поле добавочных полюсов компенсировало эдс реакции
якоря при различных нагрузках, обмотку этих полюсов включают
последовательно с обмоткой якоря, в результате чего магнитное поле их
изменяется пропорционально нагрузке.
Сердечники главных полюсов набирают из штампованных листов ст2
толщиной 1-1,5 мм крайние листы толщиной 3—5мм. Сердечники крепят
Катушки тяговых и вспомогательных эл. двигателей выполняются бескаркасными.
Катушка главного полюса имеет два слоя а) обмотка последовательного возбуждения
намотана из шинной меди б) обмотка параллельного возбуждения имеет круглое
сечение. Слои катушки отделяют прокладкой, склеенной из миканита и асбестовой
бумаги. Наружную изоляцию выполняют тремя слоями щёлкослюдяной ленты и
двумя слоями стеклоткани. Обмотку с сердечником пропитывают электроизоляцион-
ном лаке КО 916 и просушивают получается изоляция монолит.
Сердечник якоря набирают из листов электротехнической стали Э12 толщиной 0.5мм.
Готовые листы для уменьшения потерь энергии от вихревых токов, покрывают
На валу якоря пакет крепят на шпонке и стягивают двумя нажимными шайбами.
Пакет напрессованный на вал и закрепленный нажимными шайбами, представляет
с собой сердечник якоря. Пакет имеет пазы, предназначенные для укладывания в них обмотки якоря. Обмотка якоря укладывают в два слоя. Изоляция провода якоря
марки ПСД или ПСДК. Пазовая изоляция имидофлекс. Обмотка якоря удерживается в пазах стеклолентой ЛСБ-F.
Коллектор – предназначен для распределения тока по обмотке якоря.
Он состоит из комплекта коллекторных пластин, втулки и нажимного конуса.
Коллекторные пластины изготовляют из коллекторной или кадмиевой меди,
которая обладает большой износостойкостью. Друг от друга коллекторные пластины
изолируют миканитовыми прокладками толщиной 0.8мм.
Корпус щеткодержателя имеет два гнезда для установки щёток и нажимное
устройство, обеспечивающее прижатие щёток к коллектору. Кронштейн
щеткодержателя имеет две прессованные пластмассой шпильки в насаженными
на них фарфоровыми изоляторами и крепится к подшипниковому щитку.
Расстояние от корпуса щеткодержателя до рабочей поверхности коллектора
должно составлять 3-4мм.
Применяют электрографитные щётки марки ЭГ841 50х30х20.
Допустимый износ щёток для ТЭД 25мм.
Технические данные электродвигателя ДК259Г
Тип возбуждения смешанное.
Напряжение В 550/ 275
Номинальная об/мин 1200
Ток часового режима А 190
Сопротивление якоря Ом 0,055
последовательного возбуждения Ом 0,041
параллельного возбуждения Ом 47
Обмотка дополнительных полюсов Ом 0,027
Щеткодержатели число 2
Масса двигателя, кг 450
Схема соединений электродвигателя ДК-259Г
 |
 |
 |
Ш-2
S N
Д-2
n n
Д-1
Ш-1 S
s
Добавочные полюса
Длину сердечника полюса для уменьшения индукции в его теле принимают обычно максимальной возможной. Практически она ограничивается осевым размером полюсных катушек. Так как ширина меди катушек добавочных полюсов обычно меньше, чем главных полюсов, то сердечник добавочного полюса выполняют на 2-6 см длиннее сердечника якоря. Ширину сердечника выбирают такой, чтобы индукция Ядп при номинальном режиме в полюсе была не выше 0,6-0,7 Тл. У шихтованных полюсов из стали Э310 индукция выше на 15%.
Чтобы добавочные полюса работали на прямолинейной части кривой намагничивания, необходимо иметь большой воздушный зазор 6ДП между их сердечниками и якорем. Однако увеличение воздушного зазора у полюса, имеющего высокий сердечник, вызывает повышение потока рассеяния. При этом значительная часть магнитного потока замыкается не через сердечник якоря, а через сердечник главного полюса и остов (рис. 83, а).
При разделении зазора добавочного полюса на две части и установке между сердечником и остовом диамагнитной прокладки (латунной, алюминиевой или текстолитовой) рассеяние магнитного потока уменьшается (рис. 83,6), так как наконечник сердечника приближается к якорю и увеличивается магнитное сопротивлеиие в цепи потоков рассеяния Фв. Это снижает степень насыщения цепи добавочных полюсов, т. е. делает их магнитную характеристику более прямолинейной, а следовательно, в еще более широком диапазоне изменения нагрузок коммутирующая э.д.с. компенсирует реактивную. В результате значительно улучшается коммутация двигателя (см. § 36). Однако из-за введения второго зазора бд,-требуется увеличить м.д.с. дополнительных полюсов. Некоторое увеличение массы меди катушек добавочных полюсов окупается повышением коммутационной устойчивости тягового двигателя, особенно при больших нагрузках в режиме ослабленного возбуждения. Поэтому почти у всех тяговых двигателей между сердечником добавочного полюса и остовом устанавливают диамагнитные прокладки 6 (рис. 84).
Воздушный зазор между якорем и добавочным полюсом принимают обычно равным (0,5ч-1)6„, где Ь„- ширина паза. Большие значения зазора соответствуют меньшим зубцовым делениям и отсутствию зазора между добавочным полюсом и остовом Для снижения насыщения магнитной цепи добавочного полюса со стороны остова предусматривают зазор в пределах от 1 мм до размера, равного зазору между сердечниками главного полюса и якоря. Если магнит ная система остова шихтованная, то зазор между остовом и добавочным полюсом не предусматривают, когда это не требуется для спрямления магнитной характеристики.
Рис. 83 Схемы потоков рассеяния добавочных полюсов при отсутствии (а) и наличии (б) диамагнитной прокладки
Расчетные значения индукции под полюсом можно получить, лишь выдержи-
Рис 84 Крепление добавочных полюсов с шихтованным сердечником к остову двигателей НБ 418К (а) и НБ-514 (б)
Катушка добавочного полюса (за исключением катушки двигателя НБ-514), удерживается на сердечнике бронзовой рамкой или угольниками из диамагнитного материала. Чтобы не допустить ослабления плотности крепления, возникающей при усыхании стекломикалент-ной изоляции, применяют пружинный фланец, состоящий из двух половин.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПОЛЮСА
Дополнительные полюса предназначены для создания дополнительного магнитного потока ЭМ, который позволяет уменьшить вредное воздействие реакции якоря, и повысить качество коммутации тягового двигателя.
Дополнительные полюса устанавливают внутри остова между главными полюсами. Их крепят к остову болтами. Между сердечниками дополнительных полюсов и остовом устанавливают диамагнитную прокладку. Сердечник имеет опорный угольник для удерживания катушки.
ЯКОРЬ
Якорь служит для создания вращающего момента двигателя и тормозного момента генератора.
1 – вал переменного сечения;
3 – шихтованный сердечник якоря;
4 – в пазы сердечника вложена обмотка якоря;
7 – подшипники якоря.
Сердечник якоря является частью магнитной цепи тягового двигателя.
Собирают его из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм.
Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируют один от другого тонким слоем лака. Листы собирают в общий пакет, который насаживают на вал якоря на шпонке. В каждом листе имеются отверстия, которые в сердечнике образуют вентиляционные каналы. По периметру якорные листы имеют зубчатую форму, которые при сборке образуются пазы, в которые укладываются секции обмотки якоря.
Обмотка якоря состоит из отдельных катушек (секций), которые укладываются двумя ярусами в пазах сердечника. Одна сторона каждой секции располагается в нижнем слое одного паза, а другая в верхнем слое другого паза.
Каждая секция состоит из пяти проводников. В секции каждый проводник изолирован друг от друга. Секции имеют общую корпусную изоляцию и дополнительную в лобовой и активной части.
Начало и концы всех проводников секций привариваются к своим коллекторным пластинам в два яруса.
В тяговых двигателях ДК-108 применяется волновая обмотка якоря, а в тяговых двигателях ДК-117 применяется петлевая обмотка якоря.
Обмотка якоря крепится деревянными или текстолитовыми клиньями в пазах сердечника якоря и фиксируется металлическими бандажами или стеклобандажами в зоне нажимных шайб.
В тяговых двигателях ДК-117 обмотка якоря дополнительно фиксируется стеклобандажами в зоне сердечника якоря.
Коллектор.
Коллекторпредназначен для подвода тока к проводникам обмотки якоря, одновременно в генераторах постоянного тока это механический выпрямитель. (Подробнее смотри 3 раздел электронного курса «Основы электротехники для локомотивных бригад метрополитена»).
Коллектор состоит из:
1 – набора медных клинообразного сечения и миканитовых коллекторных пластин;
2 – коллекторного конуса;
3 – коллекторной шайбы;
4 – коллекторной гайки;
5 – изоляционных манжет и цилиндра.
Медные коллекторные пластины изолированы одна от другой миканитовыми пластинами. Нижняя часть пластин имеет форму «ласточкина хвоста», при помощи которого набор пластин зажимают между конусом и шайбой коллектора. Фиксируется набор пластин коллекторной гайкой, которую устанавливают на резьбовую часть коллекторного конуса. Медные коллекторные пластины изолируются от корпуса коллектора миконитовыми манжетами и цилиндром.
В собранном виде коллектор напрессовывается на вал якоря с шпонкой. К каждой коллекторной пластине привариваются проводники обмотки якоря в два яруса.
Нормальная рабочая поверхность коллектора должна быть гладкой. Равномерное потемнение коллектора в процессе эксплуатации без следов подгара свидетельствует о наличии устойчивого слоя политуры и хорошей коммутации.
Вентилятор.
Вентилятор это два алюминиевых диска с прямыми лопастями по периметру и стальной втулкой в центре. Стальная втулка вентилятора устанавливается на вал якоря. Двухдисковый вентилятор изготовлен из алюминиевого сплава.
Засасываемый воздух с окон подшипникового щита со стороны коллектора распределяется на два параллельных потока. Один из потоков омывает поверхность между якорем и полюсами, а также проходит через пазы сердечников главных полюсов. Другой проходит под коллектором и по вентиляционным каналам внутри сердечника якоря. Нагретый воздух выбрасывается через специальные окна в остове со стороны противоположной коллектору независимо от направления вращения тягового двигателя.
Охлаждение оказывает большое влияние на работу двигателей. Мощность, которую можно получить от электрической машины, ограничена предельной температурой, которую может выдержать изоляция обмоток. Поэтому, при охлаждении значительно снижается нагрев обмоток, что позволяет повысить мощность двигателя.