Способы пуска в ход двигателей постоянного тока. Режим двигателя

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы Fnp и возникнет электромагнитный момент МЬ№. Величины Fnp и Л49Я, как и для генератора, определяются равенствами (1-4) и (1-5). При достаточной величине М3№ якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент МЭи при этом является движущим и действует в направлении вращения.

Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия УИЭм, а следовательно, и направление тока 1а у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.

Проводники обмотки якоря двигателя также вращаются в магнитном поле, и поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется э. д. с. Еа, величина которой определяется равенством (1-1)- Направление этой э. д. с. в двигателе (рис. 1-2, б) такое же, как и в генераторе (рис. 1-2, а). Таким образом, в двигателе э. д. с. якоря Еа направлена против тока /в и приложенного к зажимам якоря напряжения Ua. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой. Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается э. д. с. Еа и падением напряжения в обмотке якоря:

U =£ 4- / г (\-f\\

Из сравнения равенств (1-3) и (1-6) видно, что в генераторе Ua < Еа, а в двигателе Ua > Ea.

Принцип обратимости

Из изложенного выше следует, что каждая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.

Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.

Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.

Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.

Механическая характеристика двигателей постоянного тока (n=f(M)) с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

Зависимость скорости вращения от момента двигателя при постоянном напряжении и сопротивлении цепи якоря - называется механической характеристикой, Ω = f(М) или n = f(М). Уравнение механической характеристики имеет вид

где

где R_ДОБ – сопротивление вводимого реостата.

Для построения зависимости n = f(М) пользуются выражением

Механические характеристики двигателей существенно зависят от способа возбуждения. В двигателях параллельного и независимого возбуждения поток практически постоянный (от нагрузки не зависит), в двигателях последовательного и смешанного возбуждения он зависит от нагрузки на валу. Поэтому в первом случае механическая характеристика представляется уравнением прямой, а во втором - кривой гиперболического вида, рис. 4.4.

Рис. 4.4 - Механические характеристики двигателей: 1 - параллельное возбуждение; 2 - смешанное возбуждение; 3 - последовательное возбуждение

Из уравнения механической характеристики видны основные способы регулирования скорости вращения: изменением потока возбуждения, введением сопротивления в цепь якоря, изменением питающего напряжения.

Характеристики генератора смешанного возбуждения

Параллельная обмотка возбуждения может быть подключена к цепи якоря до последовательной обмотки или после нее. Характеристики генератора при той и другой схеме будут практически одинаковыми, так как последовательная обмотка имеет небольшое сопротивление и падение напряжения в ней будет мало. Увеличение МДС последовательной обмотки из-за протекания по ней тока Iв также ничтожно из-за малого количества ее витков и относительно небольшого тока.

Самовозбуждение генератора протекает так же, как и у генератора параллельного возбуждения. Ток якоря

Iа=I+ Iв.

Наибольшее практическое применение находят генераторы с согласным включением обмоток возбуждения. Наибольшую долю МДС возбуждения создает параллельная обмотка. Последовательная обмотка рассчитывается так, чтобы ее МДС несколько превышала МДС размагничивающей составляющей реакции якоря. В этом случае последовательная обмотка не только скомпенсирует размагничивающую составляющую реакции якоря, но и создаст избыточную МДС, которая будет увеличивать поток возбуждения и ЭДС якоря при увеличении тока нагрузки. В результате подмагничивающего действия последовательной обмотки напряжение генератора с ростом тока I будет возрастать, как это видно по внешней характеристике

U=f(I) при Rв=const,

изображенной на рис. 13. Уровень повышения напряжения генератора с ростом тока I зависит от числа витков последовательной обмотки. Обмотку можно рассчитать так, чтобы напряжение увеличивалось на значение, необходимое для компенсации падения напряжения в проводах, идущих от генератора к потребителю. Тогда у потребителя при любых нагрузках напряжение автоматически будет поддерживаться примерно постоянным.

При слабой последовательной обмотке внешняя характеристика имеет падающий характер. Отметим, что эффективность действия последовательной обмотки зависит от насыщения магнитной цепи машины. МДС последовательной обмотки при сильном насыщении будет давать небольшое увеличение потока и ЭДС, поэтому даже при достаточно сильной обмотке или при больших нагрузках напряжение на выводах машины будет уменьшаться с ростом тока I.

Характеристику холостого хода генератора смешанного возбуждения снимают так же, как и генератора параллельного возбуждения, и она имеет такой же характер. Так же как и для генератора параллельного возбуждения, для генератора смешанного возбуждения снимают нагрузочную характеристику

U=f(I) при I=const.

В зависимости от соотношения МДС последовательной обмотки возбуждения Fc и размагничивающей составляющей реакции якоря Fqd нагрузочная характеристика может располагаться или выше, или ниже характеристики холостого хода. При достаточно сильной последовательной обмотке нагрузочная характеристика 2 идет выше характеристики холостого хода 1. Если по этим характеристикам построить характеристический треугольник, то его горизонтальный катет будет пропорционален результирующей намагничивающей МДС, созданной током якоря по оси обмотки возбуждения. Длина этого катета в масштабе тока возбуждения равна (Fc-Fqd)/в. Полученный таким образом треугольник используют для построения характеристик.

Регулировочная характеристика

Iв=f(I) при U=const

у генератора смешанного возбуждения зависит от вида внешней характеристики. Генераторы смешанного возбуждения при встречном включении обмоток применяются относительно редко. У этих генераторов последовательная обмотка будет создавать МДС, направленную так же, как и МДС размагничивающей составляющей реакции якоря. Под их совместным размагничивающим действием результирующий поток возбуждения машины с ростом тока нагрузки будет уменьшаться. В результате этого внешняя характеристика такого генератора будет иметь резко падающий характер.