36 Вопрос. Особенности пуска двигателя постоянного тока.

Пуск двигателей. В момент включения двигателя в" сеть его частота вращения и равна нулю, противо-э. д. с. Е = СепФ также равна нулю, а пусковой ток /п = IТ/га ограничивается только сопротивлением обмотки якоря, которое у двигателей средней и большой мощностей составляет десятые — сотые доли ом. Поэтому при прямом пуске путем непо­средственного включения двигателя в сеть пусковой ток был бы недо­пустимо большим — в 10—20 раз больше номинального. Это может вызвать поломку вала, а также сильное искрение под щетками. Поэтому при пуске двигателей постоянного тока в цепь якоря часто включают добавочный пусковой реостат с таким сопротивлением гш чтобы пусковой ток не превышал допустимого значения. Прямой пуск применяют в основном для двигателей мощностью до нескольких сотен ватт, а иногда мощностью в несколько киловатт. В машинах большой и средней мощностей допустимый пусковой ток /п = (1,4-f-1,8)/ном, а в машинах малой мощности /п = (2 ч-2,5) /иом.

По мере увеличения частоты вращения двигателя в обмотке якоря возрастает противо-э. д. е., ток уменьшается, вследствие чего сопротив­ление пускового реостата необходимо постепенно уменьшать. При достижении двигателем номинальной частоты вращения пусковой реостат полностью выводится. Чем короче период пуска, тем меньше потери энергии в цепи якоря.

Следует иметь в виду, что чрезмерное уменьшение пускового тока может привести к тому, что двигатель вообще не сможет стронуться с места, так как пусковой момент Мп = СМФ1И не сможет преодолеть момента сопротивления на валу двигателя. Для обеспечения большого пускового момента при ограниченном пусковом токе необходимо создать возможно больший магнитный поток, что достигается за счет увеличения тока возбуждения с помощью специального реостата, включаемого в цепь возбуждения двигателя.

Ограничение пускового тока при реостатном пуске обычно сопро­вождается значительными потерями энергии в пусковом реостате. Для исключения этого пуск двигателя можно осуществить при пониженном напряжении, подводимом к его обмотке якоря от источника с регу­лируемым напряжением. В процессе пуска в этом случае напряжение, подводимое к якорю двигателя, плавно повышают.

37 Вопрос. Принцип саморегулирования двигателя постоянного тока.

Двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования – это способность сохранять устойчивость работы двигателя при изменении на него нагрузки. Если нагрузка на вал двигателя увеличивается, это приводит к уменьшению частоты вращения, тогда из уравнения n = (U – I_Яr_Я)/C_ЕФ получим, что ток якоря возрастет.

38 Вопрос. Характеристики двигателя постоянного тока.

Рабочие свойства двигателей определяются их рабочими характеристиками, представляющими собой зависимости  частоты вращения n, вращающего момента Мэ,  потребляемого тока I, мощности P1 и кпд   от полезной мощности на валу Р2. Эти зависимости соответствуют естественным условиям работы двигателя, т. е. машина не регулируется и напряжение сети остается постоянным.  При изменении полезной мощности P2 (т. е. нагрузки на валу) изменяется также и ток в якоре машины, поэтому рабочие характеристики часто строятся в зависимости от тока в якоре.  Зависимости вращающего момента и частоты вращения от тока в якоре для двигателя параллельного возбуждения изображены на изо, б. Частота вращения двигателя определяется следующим выражением: n = (U - IRя)/СФ. С увеличением нагрузки на валу двигателя возрастает также и ток в якоре. Это вызывает увеличение падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных контактах. Так как ток возбуждения остается неизменным (машина нерегулируема), то магнитный поток также постоянен. Однако при повышении тока в якоре увеличивается размагничивающее действие потока реакции якоря и магнитный поток Ф несколько уменьшится. Увеличение IRя вызывает понижение частоты вращения двигателя, а уменьшение Ф повышает частоту.  Обычно падение напряжения влияет на изменение частоты в несколько большей степени, чем реакция якоря, так что с увеличением тока в якоре частота уменьшается.

Изменение частоты вращения у двигателя этого типа незначительно и не превышает 5% при изменении нагрузки от нуля до номинальной, т. е. двигатели параллельного возбуждения имеют жесткую скоростную характеристику. Вращающий момент двигателя Mэ = КIФ. При неизменном магнитном потоке зависимость момента от тока в якоре может быть представлена прямой линией. Но под воздействием реакции якоря с увеличением нагрузки в некоторой степени уменьшится магнитный поток и зависимость момента отклонится вниз от прямой линии. Схема двигателя последовательного возбуждения показана на изо, а.  Пусковой реостат этого двигателя имеет только два зажима, так как обмотка возбуждения и якорь образуют одну последовательную цепь.  Характеристики двигателя изображены на изо, б.  Частота вращения двигателя последовательного возбуждения определяется следующим выражением: n = (U - I(Rя + Rc))/СФ, где Rc — сопротивление последовательной обмотки возбуждения. В двигателе последовательного возбуждения магнитный поток не остается постоянным, а резко изменяется с изменением нагрузки, что вызывает значительное изменение частоты вращения. Так как падение напряжения в сопротивлении якоря и в обмотке возбуждения очень мало в сравнении с приложенным напряжением, то частоту вращения можно приближенно определить следующим выражением:  n = U/СФ. Если пренебречь насыщением стали, то можно считать магнитный поток пропорциональным току в обмотке возбуждения, который равен току в якоре. Следовательно, у двигателя последовательного возбуждения частота вращения обратно пропорциональна току в якоре и она резко уменьшается с увеличением нагрузки, т. е. двигатель имеет мягкую скоростную характеристику.

Схема (а) и характеристики (б) двигателя последовательного возбуждения

С уменьшением нагрузки частота вращения двигателя увеличивается. При холостом ходе (Iя = 0) частота вращения двигателя беспредельно возрастает, т. е. двигатель идет в разнос. Таким образом, характерным свойством двигателей последовательного возбуждения является недопустимость сброса нагрузки, т. е. работы вхолостую или при малых нагрузках. Двигатель имеет минимальную допустимую нагрузку, составляющую 25—30% номинальной.  При нагрузке меньше минимально допустимой частота вращения двигателя резко увеличивается, что может вызвать его разрушение. Поэтому, когда возможны сбросы или резкие уменьшения нагрузки, двигатели последовательного возбуждения не применяют. В двигателях очень малых мощностей сброс нагрузки не вызывает разноса, так как механические потери их будут достаточно большой нагрузкой для них. Вращающий момент двигателя последовательного возбуждения, учитывая пропорциональную зависимость между магнитным потоком и током в якоре (Ф = С'I), можно определить следующим выражением: Mэ = KIФ = К'I где К'= КС', т. е. вращающий момент пропорционален квадрату тока. Однако при больших токах сказывается насыщение стали и зависимость момента приближается к прямой линии. Таким образом, двигатели этого типа развивают большие вращающие моменты, что имеет существенное значение при пуске больших инерционных масс и перегрузках. Эти двигатели широко используют в транспортных и подъемных устройствах. При смешанном возбуждении возможно как согласное, так и встречное включение обмоток возбуждения. Двигатели со встречным включением обмоток не нашли широкого применения, так как они обладают плохими пусковыми свойствами и работают неустойчиво. Характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения.