Лекция 16

Процесс самовозбуждения.

Каждая машина обладает остаточным потоком, поэтому если вращать якорь с параллельным возбуждением, в обмотке возникает первоначально небольшая Е, которая вызовет в цепи возбуждения небольшой ток I_в. При правильном направлении этого тока произойдёт подмагничивание машины. Е несколько увеличится, что вызовет дальнейшее возрастание I_в и т.д.

В режиме Х.Х. Е якоря преодолевает падения напряжения U в сопротивлениях: обмотки якоря r_я, обмотки возбуждения r_в и регулировочного реостата, включенного последовательно с обмоткой возбуждения: E = I_в(r_я + r_р + r_в). Процесс возбуждения будет продолжаться до точки N пересечения характеристики хх E = f(I) с прямой I (r_я + r_р + r_в). При увеличении сопротивления цепи возбуждения уменьшается значение напряжения U, устанавливающегося на зажимах

Рис. 51. ЭДС генератора при самовозбуждении.

генератора. Это уменьшение может происходить только до точки а, когда линейная зависимость между U на зажимах цепи возбуждения и током в ней совпадает с начальным участком характеристики Х.Х. Дальнейшее небольшое увеличение r_р приведёт к резкому снижению напряжения практически до Е₀. Сопротивление регулировочного реостата, соответствующее этому случаю, называется критическим и определяется формулой:

r_кр = (E_min/I_вкр) - r_я - r_в ,

где E_min и I_вкр определяются конечной точкой линейного участка характеристики Х.Х. При r_р > r_кр самовозбуждение машины невозможно. При полностью выведенном реостате получаем Е_max, которую может развить генератор. Регулирование напряжения у генератора с самовозбуждением возможно в пределах E_min < U < E_max. диапазон сравнительно небольшой. У генератора с независимым возбуждением он больше, от Е_o до Е_max, т.к. ток возбуждения может быть любым.

Режим двигателя машины постоянного тока.

Если возбудить машину постоянного тока и подключить якорь к сети, она начинает работать двигателем. Двигатели обычно работают при U = const и лишь при необходимости регулирования скорости напряжение на зажимах изменяется. На рис. 52 изображена зависимость статического момента сопротивления на валу двигателя, возрастающего с увеличением скорости.

Рис 52. Кривые момента сопротивления и вращающего момента.

Предположим М_эм также возрастает с увеличением скорости, но медленнее статического момента. Точка пересечения кривых соответствует работе двигателя с постоянной скоростью, т.к. М_с уравновешивается М_эм. Если ω увеличится Мс станет больше М_эм и якорь затормозится. При уменьшении ω М_эм превысит М_с и двигатель будет ускоряться, пока ω не примет прежнего значения. работа будет устойчивой. Если М_эм возрастает быстрее Мс, то он может стать больше Мс и двигатель будет разгоняться. При уменьшении М_эм М_с станет больше и двигатель затормозится. Работа будет неустойчивой. Для устойчивой работы необходимо, чтобы М_эм возрастал медленнее М_с.

Двигатели постоянного тока могут саморегулироваться - при изменении нагрузки автоматически устанавливается другое значение скорости ω, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо ЭДС, возникающая в обмотке якоря. При М_эм = М_с ток, потребляемый двигателем, определяется моментом на валу I = мс/c Ф₀. Из основного уравнения U = E + I r_я = c ω Ф₀ + I r_я следует, что ω = (U - I r_я)/c Ф₀. С ростом момента на валу уменьшается и против ЭДС Е, возрастает ток до тех пор, пока при новом значении w не будет выполняться U = E + I r . При уменьшении момента на валу уменьшается ток, что приводит к возрастанию Е за счёт роста w. Мс включает в себя моменты нагрузки М_н и М₀ потерь Х.Х., обусловленный трением щёток, трением в подшипниках, о воздух и потерями в якоре на вихревые токи и гистерезис: М_с = М_н + М₀.

Двигатели подобно генераторам, могут иметь независимое, параллельное, последовательное и смешанное возбуждение. Независимое возбуждение применяется, когда напряжение на зажимах якоря изменяется в процессе работы или отличается по значению от U_я. Наиболее распространены двигатели с параллельным возбуждением. Это по существу также двигатели с независимым возбуждением, но питание обмотки возбуждения производится от того же источника, что и якоря. Когда r_р, включаемая в цепь возбуждения не меняется, постоянным остаётся I_в. Поэтому при увеличении нагрузки в широких пределах Ф остаётся практически постоянным, немного уменьшаясь за счёт усиления реакции якоря. Двигатели последовательного возбуждения обладают полезными свойствами. Для ненасыщенной машины основной поток Ф₀ пропорционален току якоря I_я, Ф₀ = k_ф I_я, где k_ф - коэффициент пропорциональности магнитного потока току. В результате М_эм пропорционален квадрату тока М_эм = c Ф₀ I = c k_ф I_я² = c I_я² . По мере увеличения I насыщается магнитная система и рост Ф₀ замедляется; двигатель с последовательным возбуждением по своим свойствам приближается к двигателю с параллельным возбуждением. У двигателя со смешанным возбуждением последовательная обмотка имеет небольшое число витков и может быть включена согласно или встречно, усиливая или ослабляя поле основной параллельной обмотки. Такой двигатель является по своим свойствам промежуточным между двигателем параллельного и двигателем последовательного возбуждения.

При обрыве цепи обмотки возбуждения, включённой параллельно с якорем или получающей независимое питание, резко уменьшается поток и пртиво ЭДС, что влечёт скачок и разнос двигателя.