1.3 Регулирование скорости вращения двигателя

^{Анализ уравнения показывает, что регулировать частоту вращения п двигателей можно тремя способами:}

– изменением подводимого к двигателю напряжения U;

– изменением величины магнитного потока Ф за счет изменения тока в обмотке возбуждения I_В;

– изменением сопротивления цепи якоря путем включения последовательно с R_я регулировочного дополнительного реостата R_д, так что общее сопротивление цепи якоря становится равным R_я + R_д.

Рассмотрим более подробно все способы регулирования частоты вращения, например, для двигателя параллельного возбуждения.

Если двигатель параллельного возбуждения работал при напряжении U с частотой n₁ и моментом М, равным моменту сопротивления нагрузки на валу М_с, то при уменьшении напряжения до величины U₁ < U мы переходим на другую механическую характеристику, имеющую тот же наклон, независящий от напряжения , но меньшее значение скорости холостого хода.

С уменьшением напряжения на зажимах двигателя (при сохранении постоянными тока возбуждения I_В, магнитного потока двигателя Ф и момента сопротивления нагрузки на валу М_с) сразу же уменьшается ток в цепи якоря и, следовательно, электромагнитный момент двигателя М, а число оборотов остается постоянным, так как мгновенно изменить своё значение из-за инерции вращающихся частей не может. Поэтому из одной характеристики [1] перемещаемся к другой характеристики с параметрами n_l и М₁ < М_с. Появляется тормозящий динамический момент М_д = М – М_с < 0, и частота вращения двигателя начинает уменьшаться. Это приводит к уменьшению противо-ЭДС и, следовательно, к возрастанию тока якоря и электромагнитного момента.

Торможение двигателя постепенно уменьшается; затухает и снижение скорости. По истечении переходного периода устанавливается вновь равенство моментов М = М_с, но при меньшей частоте вращения n₁ < n₂.

Процесс увеличения скорости вращения двигателя при повышении напряжения, но не выше номинального, протекает в обратном порядке.

Реостатное регулирование частоты вращения двигателя параллельного возбуждения осуществляется введением в цепь якоря дополнительного реостата R_д.

Проанализируем электромеханический процесс изменения скорости двигателя, работающего в естественной механической характеристике (когда R_д = 0) с параметрами n_l и М = М_с. При введении в цепь якоря дополнительного резистора R_д1 > R_д режим работы двигателя переходит в режим искусственной механической характеристики с сохранением того же значения частоты вращения n_l, но с меньшим моментом M₁. Снижение величины момента, развиваемого двигателем, с величины М до значения M₁ объясняется уменьшением тока якоря при введении в его цепь резистора R_д. Поскольку M₁ < M_с, то двигатель начинает замедляться. Но при этом уменьшается противо-ЭДС, а ток якоря и момент двигателя начинают возрастать. Когда вращающий момент двигателя снова сравняется с моментом сопротивления, частота вращения устанавливается пониженной n₂ < n₁. При M_c = const ток якоря будет прежним. Поэтому потребляемая двигателем электрическая мощность Р = UI не изменилась, а механическая мощность Р_мех = kMn уменьшилась.

КПД двигателя резко уменьшается.

Реостатное регулирование в цепи якоря - не экономичное.

Число оборотов двигателя параллельного возбуждения может регулироваться и изменением величины магнитного потока Ф за счет регулирования тока возбуждения I_В с помощью регулировочного реостата R_вр в цепи обмотки возбуждения. Например, при работе двигателя в точке естественной характеристики, соответствующей максимальному току возбуждения I_В (R_вр = 0) и максимальному (номинальному) магнитному потоку главных полюсов Ф_ном, он имеет число оборотов n₁ и развивает момент М = М_с.

При увеличении сопротивления R_вр ток возбуждения I_В и магнитный поток главных полюсов Ф уменьшаются, т.е. Ф₁ < Ф_ном. Это приводит, во-первых, к увеличению частоты вращения холостого хода и, во-вторых, к увеличению угла наклона механической характеристики. Таким образом, при начально не меняющейся скорости двигателя n₁ он переходит работать по другой механической характеристике с меньшим магнитным потоком. Это приводит к уменьшению противо-ЭДС, а следовательно, к увеличению тока якоря. Причем это увеличение тока якоря значительно. Увеличивается и момент двигателя, становясь больше момента сопротивления. Это приводит к возрастанию частоты вращения якоря и, как следствие, к увеличению величины противо-ЭДС. Возрастающая противо-ЭДС уменьшает ток якоря и момент двигателя. Когда М вновь становится равным М_с, наступает новый установившийся режим работы двигателя, но с большим значением частоты вращения.

Здесь следует отметить, что при значительном уменьшении магнитного потока Ф (особенно при обрыве цепи возбуждения и Ф = 0) сильно возрастают скорость вращения и ток якоря, что приводит к увеличению искрения на коллекторе под щетками и появлению опасности механических повреждений за счёт центробежных сил. Говорят, что при таких условиях двигатель идет "вразнос".

Следует отметить, что рассмотренные способы регулирования скорости двигателей применяются как раздельно, так и в сочетании друг с другом.