Г л а в а V работа машин постоянного тока в режиме двигателя

%

§ 5.1. Основные понятия

Одна и та же электрическая машина постоянного тока может без всяких конструктивных изменений работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство электрических машин называется обратимостью.

Если якорь электрической машины (рис. 5.1, а) вращать, например, по часовой стрелке, то возникший на якоре электромагнитный момент М будет действовать против вращающего момента первичного двигателя т. е. будет тормозящим моментом.

Если же машину отсоединить от первичного двигателя (рис. 5.1, б) и подключить к источнику постоянного тока так, чтобы направление тока в обмотке якоря и полярность полюсов сохранились прежними, то силы электромагнитного взаимодействия F будут действовать в прежнем направлении, а создаваемый ими электромагнитный момент М станет вращающим моментом и приведет во вращение якорь машины в сторону, противоположную его вращению в режиме генератора. Следовательно, машина будет работать в режиме двигателя, потребляя электрическую энергию и преобразуя ее в механическую.

Электрические двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, по способу возбуждения разделяются на двигатели с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

При вращении якоря в магнитном поле машины его проводники пересекают магнитные силовые линии поля машины и в них наводится э. д. с., величина которой так же, как и величина э. д. с. генераторов, определяется по формуле . По отношению к току, проходящему по обмотке якоря, эта э. д. с. направлена против него, поэтому она называется обратной или противодействующей (противо-э. д. с.). По своей величине противо-э. д. с. меньше приложенного к двигателю напряжения на величину падения напряжения в цепи якоря , т. е.

.

Из этого уравнения получаем выражение тока в обмотке якоря двигателя

. (5.1)

Таким образом, величина тока в обмотке якоря двигателя постоянного тока зависит не только от подводимого к двигателю напряжения, но и от величины противо-э. д. с.

Вращающий момент двигателя постоянного тока пропорционален току в обмотке якоря и основному магнитному потоку (2.13): .

При работе двигателя в установившемся режиме (n=const) электромагнитный момент М равен противодействующему (статическому) , который складывается из момента холостого хода и полезного нагрузочного момента ; .

При нарушении этого равенства происходит изменение скорости вращения: при скорость вращения уменьшается; прискорость вращения возрастает. Изменение скорости происходит до тех пор, пока не восстановится равенство.

§ 5.2. Пуск электрических двигателей

В начальный момент пуска двигателя его якорь неподвижен и величина противо-э. д. с., наводимой в обмотке якоря, равна нулю (E=0). Отсюда ток в якоре двигателя

. (5.2)

Сопротивление цепи якоря очень невелико, поэтому пусковой ток превышает величину номинального тока в 10—25 раз. Например, если напряжение сети постоянного тока 220 в, номинальный ток двигателя 20 а, а сопротивление обмотки якоря 0,5 ом, то ток в момент пуска будет а, т. е. пусковой ток превышает величину номинального тока в 22 раза.

Резкий скачок тока при пуске создает на валу двигателя чрезмерно большой пусковой момент, который может вызвать механические разрушения как самого двигателя, так и исполнительного механизма; повлечь резкое падение напряжения в питающей сети; вызвать на коллекторе сильное искрение; привести к срабатыванию защитной аппаратуры и отключению двигателя от сети.

Для снижения пускового тока на время пуска двигателя последовательно с обмоткой якоря вводится добавочное сопротивление — пусковой реостат РП, Величина сопротивления реостата выбирается по допустимому пусковому току данного двигателя

,

отсюда сопротивление пускового реостата

. (5.3)

Пример. Определить сопротивление пускового реостата для двигателя постоянного тока типа ПН-28,5 мощностью 2,8 квт при номинальном токе =32а и номинальном напряжении 110 в, если сопротивление обмотки якоря двигателя =0,3ом, а допустимая кратность тока равна .

Так как кратность пускового тока , то допустимая величина

пускового тока а. Определяем сопротивление пускового реостата

ом,

Пусковой реостат делают многоступенчатым. В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости вращения в обмотке якоря наводится противо-э. д. с., которая ограничивает величину тока. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к цепи якоря напряжение.

Количество ступеней реостата определяется условиями плавности пуска двигателя. Реостат рассчитывается на кратковременный режим работы. Кроме реостатного пуска электрических двигателей, иногда применяется пуск с постепенным повышением подводимого к двигателю напряжения, как это имеет место в электроприводах судовых механизмов в широко распространенных системах генератор — двигатель. Во многих электроприводах большое значение имеет возможность изменения направления вращения двигателя (реверсирование). Направление вращения якоря определяется направлением тока в обмотке якоря и полярностью главных полюсов.

Для изменения направления вращения необходимо изменить направление тока или в обмотке якоря, или в обмотке возбуждения. При одновременном изменении направления тока в обеих обмотках направление вращения якоря не изменится.