Робота машини постійного струму в режимі двигуна
§ 113. РОБОТА МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ У РЕЖИМІ ДВИГУНА
При включенні двигуна постійного струму в мережу під дію прикладеної напруги протікає струм як в обмотці якоря, так і в обмотці збудження. Струм збудження збуджує магнітний потік полюсів.
В результаті взаємодії струму в провідниках обмотки якоря з магнітним полем полюсів створюється момент, що обертає, і якір машини приходить у обертання. Таким чином, електрична енергія, отримана машиною з мережі джерела енергії, перетворюється на механічну енергію.
Механічні сили створюються результати взаємодії магнітного поля полюсів з струмами в проводах обмотки якоря. Провідники обмотки якоря укладені в пазах, тобто оточені сталлю зубців якоря, і ці сили в основному будуть прикладені до зубців, так як магнітна проникність стали зубців у багато разів більша за магнітну проникність немагнітного середовища пазів, в якій знаходяться провідники обмотки якоря. Припустимо, що генератор паралельного збудження працює на мережу великої потужності (рис. 149). Струм навантаження генератора визначається наступним виразом:
де I - струм в обмотці якоря,
rн - опір ланцюга цієї обмотки,
E-е. д. с, що індуктується в цій же обмотці,
U- напруга мережі.
Напрямок е. д. с. і струму в активних проводах якоря показало на схемі (рис. 150 а). Машина розвиває електромагнітний момент Ме, що є гальмівним, тобто споживає механічну енергію і виробляє електричну енергію.
Якщо за допомогою регулювального опору знизити струм збудження, то зменшиться магнітний потік, так і е. д. с, що індуктується в обмотці якоря. Це спричинить зменшення навантаження генератора. Змінюючи опір регулювальногореостату можна довести струм збудження до такої величини, при якій е. д. с. в обмотці якоря дорівнює напрузі мережі (Е = U)) і струм у якорі дорівнює нулю, тобто генератор працює вхолосту.
Якщо струм збудження виявиться меншим за струм, відповідний холостій роботі генератора, то е. д. с. обмотки якоря буде меншою за напругу мережі, і струм у якорі змінить напрямок на зворотний (рис. 150, б).
При зміні напрямку I струму в провідниках обмотки
Якщо відключити первинний двигун, то якір машини буде продовжувати обертатися під дією електромагнітного моменту Ме, що розвивається.
При обертанні якоря у провідниках його обмотки індукується е. д. с, напрямок якої протилежно напрямку струму. Тому її називають проти-е. д. с. або зворотної е. д. с. Проти-е. д. с. грає роль регулятора споживаної потужності, тобто зміна споживаного струму відбувається внаслідок зміни проти-е. д. с. Проти-е. д. с. дорівнює:
Обертальний момент, що розвивається двигуном,
Додана напруга врівноважена проти-е. д. с. та падінням напруги в опорі обмотки якоря та щіткових контактів. Тому для двигуна рівняння рівноваги е. д. с. набуде наступного вигляду:
де Е - складова прикладеної напруги, яка зрівн0ч вішує проти-е. д. с, тобто величина, обернена проти. е. д. с. Струм в обмотці якоря
визначається наступним виразом
Число оборотів якоря двигуна
Умовою встановленого режиму роботи двигуна є рівність моментівобертаючого та гальмівного. Якщо момент, що обертає, розвивається двигуном Ме, врівноважений гальмівним моментом на валу Мт, то швидкість обертання якоря залишається постійною. При порушенні рівноваги моментів з'являється додатковий момент, який створює позитивне чи негативне прискорення обертання якоря.
Якщо збільшити навантаження (гальмівний момент на валу двигуна Мт), то рівновага моментів порушиться (МЕ Ме), швидкість обертання зменшується безперервно до зупинки двигуна. Такі випадки можуть бути при великих гальмівних моментах на валу і значних зниженнях напруги мережі.
При зменшенні навантаження на валу двигуна (МЕ>Мт) швидкість обертання якоря почне збільшуватися, що викликає збільшення проти-е. д. с. у його обмотці. Струм в обмотці якоря почне зменшуватися, зменшуючи крутний момент двигуна. Зміна швидкості, проти-е. д. с. і струму в якорі протікатиме також до відновлення рівноваги моментів (Ме = Мт).
Однак у двигунах постійного струму порівняно часто створюються умови, за яких рівновага моментів не відновлюється при будь-якій зміні швидкості, так що момент, що обертає, завжди залишається більше гальмівного моменту на валу двигуна (МЕ>Мт). У разі швидкість обертання якоря безупинно збільшується, теоретично прагнучи нескінченності. Практично при значному перевищенні номінальної швидкості машина руйнується - розриваються бандажі, що скріплюють лобові з'єднання обмотки, провідники обмотки виходять з пазів і т. д. Такий аварійний режим називається рознесенням двигуна .
Напрямок обертання якоря двигуна залежить від полярності полюсів і напряму струму в провідниках обмотки якоря.
Таким чином, для реверсування двигуна, тобто для зміни придушення обертанняякоря, потрібно або змінити полярність ролусів, переключивши обмотку збудження, або змінити напрямок струму в обмотці якоря.
Обмотка збудження має значну індуктивність, перемикання її небажане. Тому реверсування двигунів постійного струму зазвичай полягає у перемиканні обмотки якоря.