Доклад о коллекторах в ЭМ. Назначение коллектора

• Название: Назначение коллектора
• Анкор: Доклад о коллекторах в ЭМ
• Дата: 22.04.2023
• Размер: 19.6 Kb.
• Имя файла: Doklad (1) (1).docx
• Тип: Документы; #1080982

Назначение коллектора

Коллектор является одним из наиболее трудоемких, сложных и дорого­стоящих узлов, в значительной мере определяющим срок службы электриче­ской машины. В конструктивном отношении коллектор - это один из наибо­лее ответственных ее узлов. Он является основным преобразовательным зве­ном в работе машины. Коллектор вместе со щеточным механизмом исполня­ет роль выпрямителя в режиме работы машины постоянного тока генерато­ром и роль инвертора - в режиме двигателя.

Сложность конструкции коллектора объясняется, во-первых, структурой кольца, состоящего из большого количества медных пластин, чередующихся с миканитовыми прокладками, во-вторых, сложными геометрическими фор­мами сопряжения металлических и изоляционных деталей, какими являются стальные нажимные конусы, миканитовые манжеты и медные ласточкины хвосты коллекторных пластин, и, наконец, силовыми явлениями, возникаю­щими под действием центробежных сил и температурных изменений.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к коллектору, сводятся к обеспечению удовлетворительной работы скользящего контакта, то есть ус­ловий безискровой коммутации в сочетании с малым износом рабочей по­верхности коллекторных пластин и достаточно длительным сроком службы щеток.

Одним из основных условий, обеспечивающих удовлетворительную работy скользящего контакта, является плотное прилегание щеток к рабочей по­верхности коллектора при его вращении с заданной частотой. Для обеспече­ния этого условия необходимо, чтобы рабочая поверхность коллектора имела строго цилиндрическую форму и геометрическая ось этого цилиндра совпа­дала с осью вращения якоря.

Конструкция

Коллектор состоит из активной части и крепежной конструкции. Коллекторные пластины выполняют из холоднокатаной (коллекторной) меди и изолируют друг от друга прокладками из коллекторного миканита – смеси чешуек слюды и шеллака в качестве связующего компонента (около 5%). При повышенных механических и термических требованиях коллекторные пластины изготавливают из меди с добавкой серебра (около 0,1) или циркония (около 0,06). Оба сплава имеют высокую электропроводность и повышенный предел текучести при повышенной температуре при стабильном пределе прочности на растяжение. К выступающей части коллекторной пластины (“петушок”) припаивают провода обмотки якоря.

Нижний край пластины 7 выполнен в виде «ласточкина хвоста». После сборки коллектора край 6 оказывается зажатым между двумя нажимными кольцами 3, изолированными от коллекторных пластин миканитовыми конусами и цилиндрами. Чтобы миканитовые прокладки при изнашивании пластин коллектора не выступали над пластинами, изоляция должна быть утоплена на глубину до 1,5 мм от поверхности скольжения коллектора в радиальном направлении. Благодаря этому уменьшается опасность возникновения кругового огня при электрическом перекрытии от пластины к пластине и, кроме того, устраняется трение мягких угольных щеток о миканит.

Разновидности коллекторов

В зависимости от положения поверхности скольжения щеток различают две основные группы коллекторов: дисковые и цилиндрические. У дискового коллектора поверхность скольжения находится в плоскости, перпендикулярной оси. У цилиндрического (барабанного) коллектора поверхность скольжения параллельна оси. Чаще всего в настоящее время применяются цилиндрические коллекторы.

По конструкции и технологии изготовления коллекторы можно разделить на следующие основные типы:

1. 
   коллекторы с нажимными конусами;
   
2. 
   коллекторы быстроходных машин с бандажными кольцами;
   
3. 
   коллекторы на пластмассе.
   

В коллекторах с нажимными конусами пластины закрепляются передвижением переднего нажимного конуса по втулке коллектора. При этом создается давление на нижнюю часть ласточкина хвоста пластин и возникает арочный распор (рис. 2). Такие коллекторы называют арочными. Пластины коллектора с расположенными между ними изоляционными прокладками образуют монолитное кольцо. Нажимные конусы изолируют от пластин миканитовыми фигурными прокладками — манжетами, имеющими большую механическую прочность.

В быстроходных машинах центробежные силы, действующие на пластины коллектора, достигают больших значений и крепление пластин нажимными конусами становится недостаточным. В этих случаях применяют коллекторы с бандажными кольцами. Бандажные кольца в горячем состоянии насаживаются на собранные в кольцо коллекторные пластины и зажимают их. В месте посадки устанавливают механически прочные изоляционные прокладки. Ласточкины хвосты у пластин таких коллекторов не нужны, поэтому общая высота пластин уменьшается, однако расход меди в коллекторах с бандажными кольцами больше, чем в килекторах с нажимными конусами. Это происходит из-за того, что большая часть рабочей поверхности коллекторов занята под посадку бандажных колец. Поэтому коллекторы с бандажными кольцами применяют только в быстроходных машинах, в которых нельзя установить коллекторы с нажимными конусами.

В последние годы с целью упрощения технологии изготовления коллекторов и уменьшения расхода дорогостоящей изоляции нажимных конусов в машинах малой и частично средней мощности пластины таких коллекторов с проложенной между ними изоляцией собирают в оправку, обжимают и запрессовывают в пластмассу, обладающую высокими механическими свойствами. Такая конструкция коллектора проста в изготовлении, но может применяться лишь при частоте вращения до 10000 об/мин. Обычно применяют пластмассу АГ4 или АГ4С с наполнителем из стеклянного волокна. Пластины могут иметь различную конфигурацию, при которой обеспечивается плотное закрепление их в пластмассе. Для усиления крепления в выемках пластин устанавливают и одновременно с пластинами запрессовывают в пластмассу стальные армировочные кольца. Конфигурация выступов пластин и количество колец зависят от размеров коллектора и частоты его вращения. Для посадки коллектора на вал одновременно с пластинами в пластмассу запрессовывают также металлическую втулку со шпоночной канавкой.

Технология изготовления коллекторных пластин

Коллекторную медь поставляют в виде полос длиной 1500... 3500 мм. Для коллектора с длиной пластины до 200 мм коллекторную медь заказывают в полосах произвольной длины. При большей длине коллекторной пластины заказ меди производят в полосах длиной, кратной длине коллекторной пластины, во избежание больших отходов по длине полосы.

Поступающую в виде длинных полос коллекторную медь режут на пластины с учетом припуска на обработку торцов коллектора. В коллекторных пластинах толщиной до 6 мм можно штамповать ласточкины хвосты с припусками на токарную обработку. Это уменьшает механическую обработку и дает возможность получить отходы в виде массивных кусков меди, а не в виде стружки, смешанной с миканитом.

Для штамповки коллекторных пластин при массовом производстве применяют прессы с автоматической подачей полосы, значительно повышающие производительность труда и позволяющие одному рабочему обслуживать несколько прессов.

При единичном и мелкосерийном производстве вырезают профиль ласточкиных хвостов дисковой пилой с припуском на обработку. При толщине пластин более 6 мм штамповку ласточкиных хвостов не применяют вследствие образования больших заусенцев. Для пластин до 10 мм штампы применяют для рубки полос коллекторной меди на куски. При большей толщине полосы разрезают на куски фрезами.

Если разница диаметров якоря и коллектора большая, то в целях снижения отходов коллекторной меди применяют ленточные петушки, которые впаивают в пластины коллектора до сборки их в кольцо. В электрических машинах, у которых проводники обмотки вкладывают непосредственно в коллекторные пластины, ширину прорезей выбирают с учетом слоя полуды на проводниках 0,05 мм и на стенках прорезей 0,2 мм на обе стороны. Таким образом, ширина прорези должна быть на 0,25...0,3 мм больше диаметра круглого или толщины прямоугольного проводника.

Фрезерование прорезей в коллекторных пластинах для проводников обмотки производят или до сборки пластин в кольцо, или в собранном коллекторе. Оба способа имеют свои преимущества и недостатки.

Если фрезеруют шлицы в отдельных пластинах до сборки, то в случае брака может быть выброшена только одна пластина. При фрезеровании шлица в собранном коллекторе брак хотя бы в одной пластине приведет к неисправному браку всего коллектора.

При фрезеровании глубоких шлицев в тонких пластинах брак из-за смещения прорези с середины и связанной с этим срезом щечки — частое явление, поэтому в коллекторах с тонкими пластинами фрезерование шлицев лучше осуществлять до сборки.

Фрезерование шлицев в коллекторных пластинах до сборки производят на специально оборудованных горизонтально-фрезерных станках или специальных полуавтоматах. При фрезеровании шлицев в собранном коллекторе экономится вспомогательное время, связанное с установкой и снятием детали.