pdf.php@id=6159.pdf

силой якоря. Уравнение напряжения для цепи якоря двигателя можно записать следующим образом:

Здесь Яа — полное сопротивление цепи якоря [см. равенство (9-15)]. В режиме двигателя всегда I/ > Еа.

Из равенства (10-4) следует, что

Скорость вращения и механические характеристики. Решая уравнение (10-4) совместно с (10-6) относительно л, находим уравне­ ние скоростной характеристики л = / (/0) двигателя:

Согласно выражению (4-8),

Определив отсюда значение 1а и подставив его в (10-7), получим уравнение механической характеристики п = / (М) двигателя:

при V = сопз! зависит от того, как с изменением нагрузки или М изменяется поток машины Фа, и различен для двигателей с различ­ ными способами возбуждения. Это же справедливо и для скоростных характеристик (см. § 10-4 — 10-6),

§ 10-2. Пуск двигателей постоянного тока

При пуске двигателя в ход необходимо: 1) обеспечить надле­ жащую величину пускового момента и условия для достижения необходимой скорости вращения; 2) предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.

Возможны три способа пуска двигателя в ход: 1) прямой пуск, когда цепь якоря приключается непосредственно к сети на ее пол­ ное напряжение; 2) пуск с помощью пускового реостата или пусковых сопротивлений, включаемых последовательно в цепь якоря; 3) пуск при пониженном напряжении цепи якоря.

При п = 0 также Еа = 0 и, согласно выражению (10-5),

(.10- 10)

В нормальных машинах # ан, = 0,02 ч- 0,10, и поэтому при пря­ мом пуске с I/ = 1/н ток якоря недопустимо велик:

пуска было 1а = (1,4 ч- 1,7) / н (в малых машинах до (2,0 ч- 2,5) / н). Рассмотрим подробнее пуск двигателя параллельного возбужде­

ния с помощью реостата (рис. 10-2, а).

Перед пуском {1< 0) подвижный контакт П пускового реостата стоит на холостом контакте 0 и цепь двигателя разомкнута. В началь­ ный момент пуска (1 = 0) подвижный контакт П с помощью руко­ ятки переводится на контакт 1, и через якорь пойдет ток / а, опреде­ ляемый равенством (10-12). Цепь обмотки возбуждения ОВ подклю­ чается к неподвижной контактной дуге д, по которой скользит

контакт Я , чтобы во время пуска цепь возбуждения все время была под полным напряжением. Это необходимо для того, чтобы 1Яи Ф<» при пуске были максимальными и постоянными, так как при этом, согласно выражению (10-8), при данных значениях 1а развивается

наибольший момент М. С этой же целью регулировочный реостат воз­

(? = 0) возникают токи 1а и 1В, а также момент М, и если М > Мст, то двигатель придет во вращение и скорость п будет расти со зна­

тивности цепи якоря почти мгновенно возрастет, М также увеличи­ тся, п будет расти быстрее и в результате увеличения Еа величины /„ и М снова будут уменьшаться (рис. 10-3). Подобным же обра­ зом развивается процесс пуска при последовательном переключении реостата в положения 3, 4 и 5, после чего двигатель достигает установившегося режима работы со значениями /„ и п, определяе­ мыми условиями М = М„ [см. равенства (10-7) и (10-8)1.

При пуске на холостом ходу М„ = М0. Ток /„ = / а0 в этом случае мал и составляет обычно 3—8% от /„.

Заштрихованные на рис. 10-3 ординаты представляют собой, согласно выражению (10-2), значения избыточного, или динами­ ческого, момента

А1дии = А1 Л^СТ>

под воздействием которого происходит увеличение п.

Количество ступеней пускового реостата и величины их сопро­ тивлений рассчитываются таким образом, чтобы при надлежащих интервалах времени переключения ступеней максимальные и мини­ мальные значения 1а на всех ступенях получились одинаковыми. По условиям нагрева ступени реостата рассчитываются на кратко­ временную работу под током.

Остановка двигателя производится путем его отключения от сети с помощью рубильника или другого выключателя. Схема рис. 10-2 составлена так, чтобы при отключении двигателя цепь обмотки возбуждения не размыкалась, а оставалась замкнутой через якорь. При этом ток в обмотке возбуждения после отключения двигателя уменьшается до нуля не мгновенно, а с достаточно большой постоян­

Конец цепи возбуждения при этом можно присоединить, например, к контакту 2, и при работе двигателя последовательно с обмоткой возбуждения будут включены последние ступени пускового рео­ стата. Поскольку их сопротивление по сравнению с = г„ + /?р в мало, то это не оказывает большого влияния на работу двигателя.

Автоматизировать переключение пускового реостата неудобно. Поэтому в автоматизированных установках вместо пускового рео­ стата используют пусковые сопротивления (рис. 10-2, б), которые поочередно шунтируются контактами К1, К2, КЗ автоматически работающих контакторов. Для упрощения схемы и уменьшения количества аппаратов число ступеней принимается минимальным (у двигателей малой мощности обычно 1—2 ступени).

В этом случае поток возбуждения исчезает не сразу, а поддер­ живается индуктируемыми в ярме вихревыми токами. Однако этот поток будет быстро уменьшаться и скорость я, согласно выражению (10-7), будет сильно увеличиваться ( « р а з н о с » д в и г а т е л я ) . В результате ток якоря значительно возрастет и возникнет круговой

огонь, вследствие чего возможно повреждение машины, и поэтому,

Ограничение пускового тока достигается также в случае питания цепи якоря при пуске от отдельного источника тока с регулируемым напряжением (отдельный генератор постоянного тока, управляемый выпрямитель). Параллельную обмотку возбуждения при этом необходимо питать от другого источника, с полным напряжением, чтобы иметь при пуске полный ток 1в. Этот способ пуска применяют чаще всего для мощных двигателей, притом в сочетании с регулиро­ ванием скорости вращения (см. § 10-4).

Пуск двигателей последовательного и смешанного возбуждения производится аналогичным образом. Схема пуска двигателя смешан­ ного возбуждения ничем не отличается -от схемы пуска двигателя параллельного возбуждения (рис. 10-2), а схема пуска двигателя последовательного возбуждения упрощается за счет исключения параллельной цепи возбуждения.

Для изменения направления вращения (реверсирования) дви­ гателя необходимо изменить направление тока в якоре (вместе с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой) или в обмотке (обмотках) возбуждения.

§ 10-3. Регулирование скорости вращения и устойчивость работы двигателя

Способы регулирования скорости вращения двигателей постоян­ ного тока следуют из соотношений’ (10-7) и (10-9). Возможны три способа регулирования скорости вращения.

1. Наиболее удобным, распространенным и экономичным является способ регулирования скорости путем изменения потока Фд, т. е. тока возбуждения

С уменьшением Фа, согласно выражению (10-7), скорость воз­ растает. Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Фв, т. е. с наименьшей величиной п. Поэтому практически можно только уменьшать Фа-

Следовательно, рассматриваемый способ позволяет регули­ ровать скорость вверх от номинальной. При таком регулирова­ нии к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, в частности мала мощность реостатов для регулирования тока возбуждения. К тому же при уменьшении 1В мощность возбуждения 1ЛЪ уменьшается.

Верхний предел регулирования скорости вращения ограни­ чивается механической прочностью машины и условиями ее комму­ тации.

При высоких скоростях коммутация ухудшается вследствие увеличения вибрации щеточного аппарата, неустойчивости щеточ­ ного контакта и возрастания реактивной э. д. с., а также вследствие увеличения максимального напряжения между коллекторными пластинами в результате ослабления основного поля и усиления при этом искажающего влияния поперечной реакции якоря (см. §5-3).

Для увеличения диапазона регулирования п посредством ослаб­ ления поля в машинах малой и средней мощности с волновой обмот­ кой якоря иногда применяют раздельное питание катушек возбуж­ дения отдельных полюсов. При этом в одной группе полюсов сохра­ няют 1В= сопз1; и большой поток со значительным насыщением участков магнитной цепи, а в другой группе полюсов 1В и поток уменьшают. Искажающее влияние поперечной реакции якоря под первой группой полюсов в этом случае будет проявляться значи­ тельно слабее. Так как в волновой обмотке напряжение между соседними коллекторными пластинами складывается из э. д. с. р секций, расположенных под всеми полюсами (см. § 3-5), то в резуль­ тате такого регулирования потока полюсов распределение напряже­ ния между пластинами будет более равномерным.

2. Другой способ регулирования скорости заключается во включении последовательно в цепь якоря реостата или регули­ руемого сопротивления Л?ро.

Вместо выражения (10-7) при этом имеем

Этот способ дает возможность регулировать скорость вниз от номинальной и связан со значительными потерями в сопротив­ лении Яра и понижением к, п. д.

Действительно, при номинальном токе якоря 1а = / он средняя величина числителя равенства (10-7) в относительных единицах равна

Если при Фд = соп§1 необходимо уменьшить скорость вдвое, то нужно уменьшить этот числитель вдвое, т. е.

Так как I/* = /„„* = 1, то при этом

/?ря* = 0,95 -0 ,4 7 5 = 0,475,

т. е. в реостате будет теряться 47,5% приложенного напряжения и столько же мощности, подводимой к цепи якоря. По этой причине

данный способ применяется в основном для двигателей небольшой мощности, а для более мощных двигателей используется редко и только кратковременно (пуско-наладочные режимы и т. д.).

3. Регулирование скорости осуществляется также путем регулирования напряжения цепи якоря. Так как работа двигателя при V > С/я недопустима, то данный способ, согласно выражениям (10-7) и (10-9), дает возможность регулировать скорость также вниз от номинальной. К. п. д. двигателя при этом остается высоким, так как никаких добавочных, источников потерь в схему двигателя не вносится.

Однако в этом случае необходим отдельный источник тока с регу­ лируемым напряжением, что удорожает установку.

Отметим, что регулирование скорости путем изменения / 0 невоз­ можно, хотя такая возможность на первый взгляд вытекает*из равенства ,(10-7). Дело в том, что, согласно равенству (10-3), двигатеЛь при каждой скорости вращения должен развивать определен­ ный момент М, равный моменту сопротивления приводимого меха­ низма Мст при данном значении п. Но при этом в соответствии с выражением (10-8) при данном значении Фа величина 1а в двига­ теле будет при каждом значении М тоже вполне определенной.

Различные способы регулирования п более конкретно, приме­ нительно к двигателям с различными способами возбуждения; рассматриваются в последующих параграфах.

Условия устойчивости работы двигателя. При работе дви­ гателя всегда возникают определенные возмущения режима работы (кратковременные колебания напряжения сети, случайные кратко­ временные изменения момента нагрузки на валу и т. д.). Такие возмущения чаще всего бывают небольшими и кратковременными, однако при этом происходят, хотя также небольшие и кратковре­ менные, нарушения равенства моментов установившегося режима работы [см. выражение (10-3)1, вследствие чего возникает момент Мдин и изменяется скорость вращения.

Под устойчивостью работы двигателя понимается его способ­ ность вернуться к исходному, установившемуся режиму работы при малых возмущениях его работы, когда действие этих воз­ мущений прекратится. Иными словами, работа двигателя назы­ вается устойчивой, если бесконечно малые в пределе возмущения его работы вызывают лишь столь же малые изменения величин, характеризующих режим его работы (например, скорость вра­ щения, ток якоря и т. д.). Двигатель неустойчив в работе, если подобные малые возмущения приводят к большим изменениям режима работы. При неустойчивой работе небольшие кратковре­ менные возмущения вызывают либо непрерывное изменение

режима (п, 1а и т. д.) в каком-либо одном направлении, либо приводят к колебательному режиму работы с возрастанием амплитуд колебаний п, 1а и т. д. Естественно, что в условиях эксплуатации необходимо обеспечить устойчивый режим работы двигателя. При неустойчивости двигателя нормальная его работа невозможна, и обычно происходит авария.

Неустойчивая работа возможна также и у генераторов. В § 9-7 была рассмотрена неустойчивость параллельной работы генераторов смешанного возбуждения при отсутствии уравнительного провода. Режим самовозбуждения генераторов постоянного тока (см. § 9-4) также в сущности представляет собой неустойчивый режим работы,

Устойчивость работы двигателя зависит от вида его механиче­ ской характеристики М = }(п) и от вида зависимости момента сопротивления на валу от скорости вращения М„ = / (л). Вид последней зависимости определяется свойствами рабочей машины, приводимой в движение двигателем. Например, у металлорежу­ щих станков, если установка резца не изменяется, М„ « сопз!, т. е. М„ не зависит от скорости вращения, а у вентиляторов и насосов М„ ~ л2.

На рис. 10-4, а и б изображены два характерных случая работы двигателя. Установившемуся режиму работы (М = Мст) со ско­ ростью вращения га0 соответствует точка пересечения указанных двух характеристик.

Если зависимости М = ? (п) и Мсг = / (п) имеют вид, изобра­ женный на рис. 10-4, а, то при случайном увеличении п в результате возмущения на Дга тормозящий момент М „ станет больше движу­ щего М (М„ > М) и поэтому двигатель будет затормаживаться,

момента, скорость га начнет нарастать, причем избыточный момент

что является признаком неустойчивости работы двигателя.

Из изложенного следует, что двигатель с данной механической характеристикой М = / (га) может работать устойчиво или неустой­ чиво в зависимости от характеристики Л4СТ= / (га) рабочей машины. Возникновение неустойчивости наиболее вероятно при такой меха­

двигателей с такими механическими характеристиками не строят. Изложенное здесь в равной мере относится к устойчивости двигателей как постоянного, так и переменного тока, а также

любых видов двигателей.

Изменение режима работы. Двигатели постоянного тока, как, впрочем, и двигатели переменного тока, обладают при соблюдении условий устойчивости замечательной способностью автоматически, без внешнего регулирующего воздействия, приспосабливаться- к изменившимся условиям работы. В этом смысле можно сказать, что электрические двигатели обладают свойством саморегулиро­ вания. Проиллюстрируем сказанное на примере двигателя парал­ лельного возбуждения.