Stejnosměrný motor je elektromechanické zařízení, které přeměňuje stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii.
Stejnosměrný elektromotor se skládá ze stacionární části – rámu a rotační části – kotvy.
Rám je dutý ocelový válec, na jehož vnitřní ploše je upevněn sudý počet vyčnívajících hlavních pólů stejnosměrného elektromotoru. Tyto stožáry jsou sestaveny z tenkých plechů z elektrooceli izolované od sebe lakem a zakončeny rozšířeným dílem – pólovými nástavci pro rozvod magnetické indukce ve vzduchové mezeře podle zákona blízkého lichoběžníku.
Čáry procházející středem pólů a středem hřídele stejnosměrného elektromotoru se nazývají jeho podélné magnetické osy.
Na pólech je umístěno jedno nebo více stejnosměrných budicích vinutí, která jsou vzájemně propojena tak, aby se dosáhlo střídavé polarity pólů buzení hlavního stacionárního magnetického pole stroje.
Budicí vinutí s velkým počtem závitů tenkého drátu a značným odporem mají vývody na svorky označené Ш1 a Ш2 a budicí vinutí s malým počtem závitů tlustého drátu a nízkým odporem mají vývody na svorky označené C1 a C2.
Mezi hlavními póly stejnosměrného elektromotoru jsou další póly, které jsou menší než hlavní a jsou vyrobeny z masivní oceli. Typicky se počet přídavných pólů rovná počtu hlavních a pouze u elektromotorů s jmenovitým výkonem do 2 – 2,5 kW je jejich počet poloviční. Na těchto pólech je vinutí přídavných pólů s malým počtem závitů tlustého drátu, nízký odpor s vývody na svorky označené D1 a D2.
U stejnosměrných motorů pro velké zatížení mají pólové nástavce drážky rovnoběžné s osou hřídele, kde je kompenzační vinutí s malým počtem závitů tlustého drátu a nízkým odporem s vývody na svorky označené K1 a K2.
Tréninkový model DC motoru
Budicí vinutí, přídavná pólová vinutí a kompenzační vinutí jsou vyrobena z izolovaného měděného drátu. U vodičů s velkým průřezem se vinutí přídavných pólů provádí neizolovanou měděnou přípojnicí, spirálovitě navinutou na úzkém okraji, s izolací položenou jak mezi závity, tak mezi nimi a samotným pólem.
Výkon k vybuzení magnetického pole stejnosměrného elektromotoru se v závislosti na jeho velikosti pohybuje od 0,5 do 5 % jeho jmenovitého výkonu.
Mezi plochami pólových nástavců a magnetickým obvodem kotvy je vzduchová mezera, jejíž radiální velikost se v závislosti na jmenovitém výkonu elektromotoru a jeho otáčkách obvykle pohybuje od několika zlomků milimetru do deseti milimetrů.
Provedení stejnosměrného elektromotoru: 1 – rám, 2 – hlavní pól, 3 – budicí vinutí, 4 – pólový nástavec, 5 – přídavný pól, 6 – přídavné pólové vinutí, 7 – vodiče kompenzačního vinutí, 8 – vzduchová mezera, 9 – magnetický obvod kotvy , 10 – vodiče vinutí kotvy, 11 – kartáč, 12 – hřídel, 13 – komutátor, 14 – tlap.
Kotva bubnového typu je ozubený válec namontovaný na hřídeli stejnosměrného elektromotoru, sestavený z obalů vyrobených z tenkých elektroocelových plechů izolovaných od sebe lakem s drážkami na vnějším povrchu. Mezi obaly jsou radiální ventilační kanály a drážky kotvy jsou vyplněny izolovanými měděnými vodiči, které jsou na koncích propojeny do sekcí obsažených ve vinutí kotvy.
Sekce – hlavní prvek vinutí kotvy jednoho nebo více sériově zapojených závitů, jejichž začátek a konec jsou připájeny ke dvěma kolektorovým deskám, v důsledku čehož jsou konec jedné sekce a začátek další připojeny k stejnou sběrnou desku.
Jednootáčková a dvouotáčková vinutí kotvy stejnosměrných elektromotorů: a – smyčka, b – vlna
Zapojení sekcí vinutí kotvy stejnosměrných elektromotorů: a – smyčka, b – vlna
Kolektor je dutý válec z malých plátů tvrdě tažené mědi lichoběžníkového průřezu, izolovaný od sebe a od hřídele mikanitovými těsněními a manžetami.
Z technologických důvodů je vinutí kotvy vyrobeno ve dvou vrstvách, přičemž v každé drážce svého magnetického jádra jsou umístěny dvě strany různých sekcí: v horní vrstvě jedné drážky – jedna strana sekce, znázorněná plnou čarou, a v spodní vrstva další drážky, která se nachází pod protilehlým hlavním pólem – druhá strana stejná část, znázorněná tečkovanou čarou. Drážky, kde jsou umístěny obě strany stejné sekce, jsou vůči sobě posunuty o hodnotu blízkou nebo rovnou dělení pólů a? – vzdálenost po obvodu kotvy mezi osami sousedních hlavních pólů.
Bez ohledu na typ vinutí kotvy – smyčka nebo vlna – tvoří uzavřený okruh, rozdělený skupinami stacionárních grafitových, uhlíkovo-grafitových, měděno-grafitových nebo bronzovo-grafitových kartáčků, přitlačovaných pružinami ke komutátoru, do sudého počtu shodné paralelní větve ve vztahu ke svorkám vinutí kotvy s označením R1 a R2. U smyčkového neboli paralelního vinutí je počet paralelních větví roven počtu hlavních pólů elektromotoru a u vlnového neboli sériového vinutí je vždy roven dvěma.
Skupiny kartáčů osazené v držákech kartáčů jsou instalovány rovnoměrně po obvodu komutátoru před středem hlavních pólů tak, aby byly připojeny k těm sekcím vinutí kotvy, které se aktuálně nacházejí na geometrických neutrálech kotvy – pevné vedení procházející středem hřídele stroje podél os přídavných pólů . Geometrické neutrály jsou umístěny podél normál k magnetickým čarám hlavního pole stroje a jejich počet se rovná počtu párů hlavních pólů.
Když jsou kartáče umístěny na deskách komutátoru odpovídajících úsekům vinutí kotvy umístěným na geometrických neutrálech, a volnoběžným otáčkám elektromotoru, např. d. s, indukované v pohybujících se vodičích v každé paralelní větvi vinutí kotvy, jsou směrovány podle ae. d.s. mezi kartáči různé polarity dosáhne své největší hodnoty. Když jsou kartáče posunuty po obvodu komutátoru v libovolném směru, např. d.s. klesá, protože v paralelně zapojených větvích vinutí kotvy se objevují vodiče s protisměrným e.m. d.s.
Držáky kartáčů jsou namontovány na prstech traverzy rotačního kartáče, od kterých jsou elektricky izolovány. Pomocí traverzy je možné posouvat kartáče v malém rozsahu po obvodu komutátoru vzhledem k pólům při nastavování chodu kartáčového zařízení. Kombinace komutátoru a kartáčů vytváří kluzný kontakt s vinutím rotující kotvy.
Počet skupin kartáčů se střídavou polaritou se obvykle rovná počtu hlavních pólů stejnosměrného motoru. Pro vytvoření vývodů vinutí kotvy Y1 a Y2 se spojí kartáče shodné polarity, umístěné před středem odpovídajících hlavních pólů stejného jména, k sobě a z nich jsou vyvedeny velkoprůřezové vodiče nebo sběrnice na svorky označené Y1 a Y2, které se používají pro připojení k jiným vinutím stroje nebo k externímu obvodu.
Na hřídeli stejnosměrného elektromotoru je na opačné straně než komutátor namontován odstředivý ventilátor, který zajišťuje lepší chlazení stroje. Hřídel leží v ložiskách umístěných v ložiskových štítech elektromotoru.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
