3.1 Теоретичні відомості

Для реалізації режиму двигуна машини постійного струму необхідно подати напругу і на обмотку збудження і на якір машини. У режимі двигуна можливо незалежне, паралельне і послідовне збудження машини. При пуску машини постійного струму пусковий струм у декілька разів перевищує номінальний струм якоря, оскільки в перший момент частота обертання валу дорівнює нулю і, отже, ЕРС якоря теж дорівнює нулю. Для обмеження пускового струму потрібно або регулювати напругу на якорі, або включати в ланцюг якоря баластні, пускові резистори (реостати).

У двигуні незалежного збудження частоту обертання регулюють зміною магнітного потоку, тобто зміною струму обмотки збудження.

Частота обертання двигуна незалежного збудження визначається рівнянням:

= , рад/с, (3.1)

де – напруга на якорі, В;

– струм якоря, А;

– активний опір якоря, Ом;

– постійна по ЕРС;

– потік збудження.

Властивості двигуна відображають його робочі характеристики, під якими розуміють залежності частоти обертання , струму , крутячого моменту , і коефіцієнта корисної дії від потужності на валу двигуна при постійних значеннях напруги і струму збудження, тобто , , , при і .

Частота обертання двигуна незалежного збудження із збільшенням навантаження зменшується трохи. Зменшення частоти обертання відбувається унаслідок збільшення падіння напруги в обмотці якоря. Струм двигуна із збільшенням навантаження зростає. Крутячий момент також підвищується майже прямо пропорційно навантаженню. Оскільки частота обертання двигуна при збільшенні навантаження декілька знижується, то крива моменту злегка згинається вгору. Коефіцієнт корисної дії із збільшенням навантаження зростає і досягає свого максимального значення приблизно при половинному значення номінальної потужності, потім залишається майже постійним, але при перевантаженні двигуна зменшується.

Залежність частоти обертання валу від моменту на валу називається механічною характеристикою двигуна.

При незалежному збудженні природна механічна характеристика двигуна є слабо спадаючою, практично лінійною залежністю. Якщо в ланцюг якоря включається додатковий опір, то нахил механічної характеристики збільшується, така характеристика називається штучною.

ККД двигуна незалежного збудження:

, в.о., (3.2)

де – підведена до двигуна потужність, Вт.

У двигуні послідовного збудження обмотки якоря і збудження сполучені послідовно. При малому насиченні сталі осердя магнітний потік прямо пропорційний струму якоря, а оскільки крутячий момент двигуна , то виходить, що момент двигуна послідовного збудження пропорційний квадрату струму якоря. Тому такий двигун відрізняють хороші тягові властивості і здатність витримувати великі перевантаження, що особливо важливе при пуску двигуна в хід.

Частоту обертання двигуна послідовного збудження регулюють декількома способами. Можна змінювати напругу, що підводиться, або змінювати магнітний потік, з цією метою реостатом шунтується обмотка збудження, унаслідок чого магнітний потік зменшується, а швидкість обертання збільшується.

Робочі характеристики двигуна послідовного збудження декілька відрізняються від двигуна незалежного збудження. Оскільки залежність крутячого моменту від струму квадратична, то крива моменту в початковій частині має вигляд параболи.

Частота обертання двигуна послідовного збудження:

= , рад/с. (3.3)

У формулі (3.3) на відміну від (3.2) враховано падіння напруги на обмотці послідовного збудження.

Оскільки при збільшенні навантаження магнітний потік сильно зростає, то частота обертання двигуна із збільшенням навантаження різко знижується. Зменшення навантаження супроводжується значним зростанням частоти обертання двигуна унаслідок зменшення магнітного потоку. Тому при навантаженні менше 25% від номінального двигун пускати в хід не можна, оскільки його частота обертання може настільки підвищитися, що двигун піде «у розліт» і може бути пошкоджений. По цих же причинах двигун послідовного збудження (без перемикання обмотки збудження) не може переходити в генераторний режим при зміні знаку моменту на валу.

При послідовному збудженні механічна характеристика двигуна набуває квадратичного характеру.