- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Устройство машины постоянного тока
- •13.3. Анализ работы щеточного токосъема
- •13.4. Обмотки барабанного якоря
- •13.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока
- •1Э.6. Реакция якоря
- •13.7. Коммутация в машинах постоянного тока
- •13.8. Генератор с независимым возбуждением
- •13.9. Самовозбуждение генераторов
- •13.10. Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением
- •13.11. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением
- •13.12. Режим двигателя
- •13.13 Двигатель с параллельным возбуждением
- •13.14. Двигатель с последовательным возбуждением
- •13,15. Двигатель со смешанным возбуждением
13.12. Режим двигателя
Благодаря обратимости электрических машин генераторный режим машины может быть изменен на двигательный. Особенно просто такое изменение режима осуществляется в генераторе с параллельным возбуждением, работающем на сеть постоянного тока. Для этого достаточно уменьшить ток возбуждения настолько, чтобы ЭДС якоря стала меньше напряжения сети. Преобладание напряжения сети вызовет изменение направления тока в обмотке якоря Iя, который в таких условиях будет создаваться разностью напряжения сети и ЭДС якоря,
1я = (U-Ея)/rя. (13.6)
Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать не тормозной, а вращающий электромагнитный момент. Под действием последнего якорь будет вращаться без помощи первичного двигателя, и этот двигатель следует расцепить с машиной. Таким путем машина из режима генератора может быть переведена в режим двигателя.
Конечно, в обратном порядке машина с параллельным возбуждением может быть переведена в режим генератора при наличии соответствующего первичного двигателя. Однако оговоримся, что вышеописанный переход от режима генератора к режиму двигателя без изменения соединений возможен лишь у машины с параллельным возбуждением. При переводе двигателя с последовательным возбуждением в режим генератора при неизменном направлении вращения необходимо переключить направление тока в якоре или в обмотке возбуждения.
Энергетическая диаграмма двигателя дана на рис. 13.36. Мощность Р1 энергии, подводимой из сети, делится между цепью якоря Ря (большая часть) и цепью возбуждения Рв = UIB (несколько процентов). Небольшую часть мощности цепи якоря составляет мощность потерь на нагревание обмотки; остальная часть преобразуется в механическую мощность Рмех, однако чтобы определить полезную мощность Рc на валу машины, нужно отнять от механической мощности мощность потерь в стали Рс (на гистерезис и вихревые токи) и мощность механических потерь на трение Рмех.п: в подшипниках, щеток на коллекторе и о воздух.
Обратим внимание на роль ЭДС якоря Ея в двигателе. Так как она в этом случае направлена против тока, то ее принято называть противо-ЭДС. На основании (13.6) напряжение на выводах якоря равно:
U = rяIя + Ея.
Это уравнение можно преобразовать в уравнение мощности путем умножения левой и правой частей на Iя:
U 1Я = Ря = rя12я+EЯ1Я=rЯ12Я +Pмех
так как
U 1Я - rя12я= Pмех = EЯ1Я
— механическая мощность, развиваемая .
Уравнение мощности показывает, что мощность цепи якоря складывается из мощности тепловых потерь rя I2я и механической мощности. Последняя прямо пропорциональна противо-ЭДС EЯ . Наличие противо-ЭДС является характерным признаком преобразования электрической энергии в механическую в электромагнитном устройстве. Следовательно, чем больше Ея, тем выше КПД двигателя. По этой причине у двигателей средней и большой мощности rя1я при работе составляет лишь несколько процентов номинального напряжения (2—5 %).
Мы рассмотрели перевод машины из режима генератора в режим двигателя. Но в подавляющем большинстве случаев режим двигателя осуществляется пуском машины в ход, для чего она подключается к сети постоянного тока. В таких условиях, пока якорь не начал вращаться (п = 0), ЭДС в нем не индуктируется и, следовательно, напряжение U = rя1я. Сопротивление обмотки якоря гя относительно постоянно и мало, т. е. ток Iя при пуске двигателя должен быть больше рабочего тока в установившемся режиме примерно в 25—40 раз. Такое увеличение тока при пуске двигателя недопустимо ни для коллектора и обмотки якоря, ни для сети.
Чтобы предупредить возникновение такого большого пускового тока, последовательно с якорем у всех двигателей постоянного тока, кроме самых малых мощностей (не более 1/4 кВт), включается пусковой реостат гп.
В установившемся режиме частота вращения двигателя постоянного тока (13.1) обратно пропорциональна главному магнитному потоку Ф и пропорциональна напряжению U Е2 на якоре. Следовательно, регулировать ее можно путем изменения либо магнитного потока, либо напряжения на якоре.
Для реверсирования двигателя постоянного тока необходимо изменить направление тока в одной из цепей двигателя — в цепи возбуждения или в цепи якоря. При изменении направления тока в обеих цепях двигателя одновременно направление вращающего момента не изменяется.
Особенности рабочих характеристик двигателей обусловливаются различиями в способах возбуждения их главного магнитного поля.