4.3.3.3. Принцип дії двигуна постійного струму

Тепер від’єднаємо якір МПС із незалежним збудженням від первинного двигуна і підключимо обмотку якоря машини до джерела постійного струму з напругою U (рис. 4.59, б). За таких умов у якірній обмотці діятиме струм  = _я, причому у напрямку протилежному тому, що був при роботі машини у режимі генератора. Відповідно до зміни напрямку струму змініться і напрямок дії електромагнітної сили F = рNФ_я/(da). Тут вона вже створюватиме обертальний момент (M_ем = c_мФ_я) і якір машини буде обертається у попередньому, як для генераторного режиму, напрямку. Отже тепер у машині, енергія електричного струму, який споживає якір, перетворюється у механічну енергію – МПС працює у режимі двигуна.

Користуючись правилом правої руки, не важко переконатися, що при роботі МПС у режимі двигуна наведена у якірній обмотці ЕРС спрямована зустрічно струму _я і, отже, рівняння електричної рівноваги ДПС буде мати вигляд:

.

Тут, ЕРС, яка індукується у якірній обмотці машини, менша за напругу U, підведену до затискачів Я1 і Я2, на величину спаду напруги R_я_я в обмотці.

4.3.3.4. Реакція якоря та призначення додаткових полюсів машини

Коли ГПС із незалежним збудженням працює без навантаження _я = 0 у машині діє тільки магнітний потік, який створює струм обмотки збудження. Вісь симетрії магнітних силових ліній цього потоку збігається із віссю полюсів машини (рис. 4.60, а). При роботі генератора під навантаженням, так же як при роботі МПС у режимі двигуна, коли у обмотці якоря машини діє струм _я, сам якір стає електромагнітом. Вісь симетрії магнітних силових ліній потоку, який утворює своєю намагнічуючою силою _я збігається з геометричною нейтраллю машини (рис. 4.60 ,б). Потік статора і потік якоря додаються геометрично, утворюючи результуючий магнітний потік Ф машини (рис. 4.60, в).

Рис. 4.60. До пояснення явища реакція якоря.

З рис. 4.60, в видно, що при роботі ГПС під навантаженням силові лінії результуючого потоку зсунуті у бік обертання якоря (при роботі МПС у режимі двигуна проти обертання якоря). Край полюсу на який “набігає” якір дещо розмагнічується, а з якого якір “збігає” – підмагнічується. Оскільки зі збільшенням струму якоря (навантаження) один край полюсу розмагнічується більше ніж підмагнічується другий, то результуючий потік машини дещо зменшується. Вплив намагнічуючої сили струму якоря на величину результуючого магнітного потоку машини називають реакцією якоря.

Внаслідок реакції якоря електрична нейтраль машини зсувається по відношенню до геометричної нейтралі на кут . Електричну нейтраль, яка не співпадає із геометричною нейтраллю називають фізичною нейтраллю машини.

В сучасних МПС зменшення магнітного потоку внаслідок реакції якоря не дуже суттєве. Одна з основних неприємностей цього явища полягає у тому, що залежно від навантаження машини доводиться корегувати положення щіток, які, щоб не було іскріння на колекторі, повинні бути розташовані на електричній (фізичній) нейтралі машини.

Для створення без іскрової комутації в сучасних МПС між головними полюсами установлюють додаткові полюси (див. рис. 4.53). Обмотки додаткових полюсів вмикають послідовно з обмоткою якоря так, щоб магнітний потік цих полюсів був би спрямований назустріч магнітному потоку якоря. За таких умов, коли в обмотках додаткових полюсів і якоря діє один і той же струм – струм навантаження, і потік додаткових полюсів автоматично компенсує потік якоря, немає необхідності змінювати положення щіток на колекторі залежно від навантаження машини.