Четкови колекторни машини

Общи сведения
ЕДНОФАЗЕН СЕРИЕН КОЛЕКТОРЕН ЕЛЕКТРОДВИГАТЕЛ
При разглежданетто на безколекторните асинхронни електродвигатели бе установено, че те имат не особено голям cosφ, а по отношение на характеристиките също не удовлетворяват редица изисквания на на някои работни машини.

Ако обаче асинхронните елеелектродвигатели се комбинират в някои отношения с машините за постоянен ток, те придобиваткачества, които ги правят много пригодни за някои спесиялни цели.Така, ако на асинхронния електродвигател се постави колектор при съответно свързване на намотката, той придобива особени свойства, които го правят пригоден да работи като електродвигател с разнообразни гъвкави гъвкави регулировъчни характеристики, а също така може да работи и като компенсатор за подобряване на cosφ на обикновените асинхронни електродвигатели.
Този вид електически машини се наричат колекторни машини за променлив ток и могат да бъдат еднофазни и трифазни.

Устройство на еднофазен колекторен електродвигател за променлив ток.

На фиг. 1 е дадена принципна схема на еднофазен колекторен електродвигателза променлив ток с последователно възбуждане (сериен).
Означенията са:
ДК-котвена намотка (ротор)и колектор;
В – възбудителна намоткана главните полюси;
К – компенсационна намотка, която служи за подобряване на cosφ чрез компенсиране на на реакцията на котвата;
Д – намотка на допълнителните полюси, която служи за подобряване на комутацията;
R – шунтово съпротивление

Статорът (статорният сърдечник) за разлика от машините за постоянен ток е направен от листове електротехническа стомана, за да се избегнат загубите от вихрови токоле, тъй като електродвигателят работи с променлив ток.Нормално статорите на еднофазните колекторни електродвигатели се изпълняват като неявнополюсни.На фиг.3 е показан статорът на такъв електродвигател.

Фиг.3 Статор на еднофазен колекторен двигател с последователно възбуждане:
1-Главен полюс; 2- допълнителен полюс; В- възбудителна намотка; Д- допълнителна намоткана допълнителния полюс; К- Компенсационна намотка
В част от каналите е поставена компенсационната намотка, а в друга част от
каналите – възбудителната намотка на главните и допълнителни полюси.
Тялото на тези електродвигатели не се различава от машините за постоянен ток и се изпълнява като лята или заварена стоманена констрикция.
Статорните намотки по форма приличат на намотките на котвата при машините за постоянен ток и се състоят от бобини, положени, както е показано на фиг.2.
Възбудителната намотка на главните и допълнителните полюси създава основният магнитен поток.Тя е подобна на възбудителната намотка на машините за постоянен ток. Полага се на дъното на каналите, в които се полагат и намотките на допълнителните полюси и обхващат бобините на компенсационната намотка.
Намотката на допълнителните полюси създава магнитно поле, което компенсира магнитните полета в комутиращите бобини. Тя се поставя в каналите над възбудителната намотка от две различни бобини. Свързва се последователно към котвената намотка.
Компенсационната намотка създава магнитно поле, равно по големина и противоположно по посока на полето на реакцията на котвата. Тя е разположена самостоятелно в малки канали на отделни полета на статора, които се обхващат от възбудителната намотка.
Роторната намотка е еднаква с намотката на електродвигателите за постоянен ток. Тя също е свързана с колектора.
Процеси в еднофазния колекторен електродвигател за променлив ток с последователно възбуждане(сериен). Протичащият в статорната намотка ток създава променливо магнитно поле и променлив магнитен поток Ф. При въртенето на ротора в намотката се индктират две е.д.н.
Едното е.д.н. е резултат на въртенето на роторната намотка в основното магнитно поле и се нарича е.д.н. на въртене ЕВ. Това електродвижещо напрежение е променливо с честота, равна на честотата на мрежата. Големината му се определя, като при машините за постоянен ток, и зависи от броя на оборотите на ротора.
Това напрежение се извежда на четките, които лежат на геометрична неутрала.
Второто напрежение се индуктира в котвената намотка на принципа на трансформатора даже дори когато роторът не се върти, понеже статорната намотка създава променливо магнитно поле, и се нарича трансформаторно е.д.н. То има същата честота, както е честотата на мрежата, и може да се изведе на четки, разположени перпендикулярно на на геометричната неутрала.
Устройство на ротора:

Фиг.4: 1-Вал; 2-Магнитна сърцевина; 3-Намотка; 4-Колекторни пластини.
На фиг.3 е показано устройството на ротора на колекторна машина за променлив ток, той не се различава по нищо от ротора при машина за постоянен ток.
Вал на ротора на който се монтират лагерите и самите работни части на машината.
Магнитна сърцевина – тя е изградена от магнитн меки материяли най-често от електротехническа листова стомана с дебелина 0,35÷0,65мм това е най-широко прилаганата дебелина на тази томана.
Намотката на ротора тя се изпълнява от меден емайлиран(лакиран) проводник с необходимата дебелина и дължина която е изчислена за тази мощност на машината.
Колекторни пластини (пръстени) Те се изпълняват от профилирани медни пластини над които се монтират четковите апарати.
Устройство на кръстовиден колектор:

Най-трудното и ненадеждно място на колекторната машина е колектор четка. Той се състои от четки (които са закрепени към държачите на четки) и колектор, който се състои от набор от трапецовидни колекторни плочи, разделени от уплътнения на миканит. Плочите от мед и миканит се държат в сгъстено състояние в дъното, което има формата на "рибарник", посредством стоманени конични пръстени 1 (фиг.5). Изпъкналата част на колекторните пластини 6, наречена "вихър", служи за закрепване на профилите за намотаване на котвата към колекторните плочи. Колекторни пластини се изолират от заострените пръстени чрез маканитни маншети 3 и от ръкава 5 чрез изолиращ цилиндър 4 на миканит.
Изолационният материял използван за колекторите (Миканит):
Миканитът представлява листов, прътов или във вид на тръби материал, получен от пластини слюда (мусковит или флогопит), свързан с органично свързващо вещество. Миканита на плочи има добра устойчивост на високи температури и химикали, ниска топлопроводимост, висока диелектрична якост и добра устойчивост на високи напрежения.
Някои от видовете Миканит са:
Формовъчен миканит
Гъвкав нагревателен миканит
Нагревателен миканит
Колекторен миканит – електроизолационен материал направен от отделни слоеве слюда и модифициран епоксиден свързващ състав при висока температура и високо налягане във формата на твърди и масивни листове. Използва се за сегментна изолазия на колектори, електрически машини и трансформатори. Възможно е да бъде рязан и щанцован лесно.

Поддържане на колектора и контактните пръстени.
Повърхността им трябва да блести- при колекторните е медно червена с вишнов отенък от необходимият окисен слой; пластините трябва да са еднакви. Миканитът не трябва да се подава между пластините. Биенето не може да превишава определени граници.
При замърсяване повърхността на колектора се избърсва през време на работа със сух парцал, закрепен на дървено трупче. Ако има мазни петна, парцалът леко се навлажнява с бензин.
При неравности на повърхността, надрасквания, нагар, окиси, голямо замърсяване до 0,2мм колекторът се полира; от 0,2÷0,5мм се шлайфа, а при по-големи се престъргва.
Полиране- При nн със ситна стъклена хартия закрепена на трупче от твърда дървесина, подходящо изрязано, за да пасва към цилиндричната повърхност на колектора, Към края на полирането стъклената хартия се намазва с чист вазелин или пемза.
Шлифоване- На струг с дребнозърнест камък, неподвижно закрепен на супорта, при въртене на колектора посредством струга с периферна скорост 10÷20 м/сек. Може да се използват и шайби, които се въртят противоположно на колектора. Шлифоването може да се извърши и с едрозърнеста стъклена хартия. Винаги следва полиране.
Престъргване- Периферна скорост 1÷1,5м/сек, подаване 0,05÷1мм/об. При големи машини престръгването става на самата машина, към която се закрепва супорт от струг. Ножът е с ръба надолу (обратно на нормалното струговане). Вземат се мерки стружките да не попадат в машината. Винаги следва полиране.
Вълнообразен износен колектор (с улеи) поради неправилно (нешахматно) разположени четки се възтановява чрез престръгване

Миканитът между пластините трябва да се изреже на дълбочина 0,8÷2ммФиг.6 а, и да се направи фаска до 0,5мм. Миканитът се изрязва с тесен дисков фрезер на неподвижен струг с тесен нож чрез надлъжно подаване на супорта или ръчно с малко трионче, най-често приспособено от лист от ножовка.
Изрязването на Фиг.6 б, е неправилно. Фаската се снема с шабър.
Биенето на колектора (ексцентрицетът), се измерва със специялен индикатор чиито край за случая се снабдява с плоска пета, а не с острие, което би се забило между пластините Фиг.7. По колектора се маркират четен брой (най-малко 8) равномерно разположени деления. Едно от тях се довежда до индикатора и той се регулира на нула. Колекторът бавно се завърта и индикаторът се отчита при всяко деление, като се отчита и знакът на отклонение (+) или (-).За бързоходните колектори се допуска биене 0,03мм, а за бавноходните до 0,1÷0,2мм. Биенето се отстранява чрез престръгване на колектора.

Поддържане на четковият апарат.
Четкодържателите трябва да са здраво стегнати към четкодържателните болтове, за да не вибрират. Ако четките се местят за регулиране на скоростта на въртене или cosφ, четкодържателите трябва да са фиксирани с траверсата в ясно маркирано положение.
Долният ръб на металното гнездо на четката трябва да отстои от колектора на не по-малко от 1,5-2мм при малките и 2-3мм при големите машини. Те трябва да са така разположени в аксияло направление , че четките от всяка следваща редица да трие по различни застъпващи се следи, за да се избегне образуването на улеи по повърхността Фиг.8. Разместването на четките трябва да е такова, че да се използва цялата работна дължина на колектора.
При реактивните четкодържатели, които са значително наклонени спрямо колектора ( на 30о-40о ), острият край на четката трябва да е насочен срещу движението на колектора – да бъде преден. Наклонените четкодържатели с малък наклон ( около 15о) се монтират обратно – острият край на четката е заден.

Четките трябва да се движат свободно в четкодържателите без заклиняване или изкривяване поради излишни хлабини( нормална хлабина 0,1÷0,3мм). Четкодържателните пружини трябва да са нормално натегнати – според марката на четката, средно РЧ = 0,18.105 N/m2 ≈0.18kg-sm2.Измерването става с малък силомер, който трябва да се окачи към пружината на четкодържателяв точката, в която тя натиска четката. Силомерът се държи точно успоредно на дължината на четката Фиг.9. Измерването се извършва точно в момента на отделянето на отделянвто на четкодържателя о