А) Общие вопросы теории

Для того чтобы двигатель вращался с постоянной скоростью, развиваемый им момент М должен равняться тормозящему моменту нагрузки М _ст:

М _с = М _ст. (5-51)

Если это равенство нарушается, то скорость вращения двигателя уменьшается или увеличивается до тех пор, пока снова момент двигателя не будет уравновешен моментом нагрузки.

Устойчивая работа двигателя постоянного тока, так же как и асинхронного двигателя (см. § 3-14, а), может быть только при выполнении условия

. (5-52)

Это условие выполняется при кривых изменения моментов М и М _ст, показанных на рис. 5-56, а, и не выполняется при кривых, показанных на рис. 5-56, б. Действительно, в случае кривых рис. 5-56, а при возмущении режима работы, вызвавшем увеличение скорости вращения (положительное приращение D n), после прекращения возмущения двигатель вернется в исходную точку, так как тормозящий момент М _ст больше момента двигателя М (D M _ст>D М); при отрицательном приращении D n момент двигателя М больше тормозящего момента М _ст (D M >D М _ст), следовательно, двигатель после прекращения возмущения также вернется в исходную точку. Обратные соотношения получаются в случае кривых моментов рис. 5-56, б; при таких кривых двигатель не может работать устойчиво.

Рис. 5-56. Кривые вращающих моментов. М —двигателя; М _ст — нагрузочного.

Обычно для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы при увеличении его скорости вращения развиваемый им вращающий момент уменьшался.

Для изменения направления вращения (для реверсирования) двигателя нужно изменить или направление магнитного потока, или направление тока в обмотке якоря; одновременное же изменение направлений потока и тока якоря не приведет к изменению направления вращения, в чем мы можем убедиться, пользуясь "правилом левой руки".

При пуске двигателей в ход, т. е. при включении их в сеть, необходимо последовательно с обмоткой якоря соединить добавочное сопротивление, которое называется пусковым реостатом.

Если бы не было в цепи якоря пускового реостата, то при пуске в первый момент мы получили бы ток в якоре (здесь мы пренебрегаем влиянием индуктивности цепи якоря, которая несколько уменьшает пусковой ток в начальный период)

, (5-53)

где S r — сумма всех сопротивлений внутренней цепи якоря (включая и сопротивление переходных контактов щеток). Так как сопротивление S r мало, то ток в якоре получился бы во много раз больше номинального.

Для примера возьмем нормальный двигатель мощностью 10 кВт при напряжении U _н = 110 В, номинальном токе I _н = 108 F и сопротивлении S r = 0,08 Ом. Начальный пусковой ток этого двигателя, если бы мы его включили в сеть без пускового реостата, был бы

, А,

т. е. превосходил бы почти в 13 раз номинальный ток.

От такого тока могли бы пострадать обмотка якоря и прежде всего коллектор и щетки. Поэтому необходимо последовательно с якорем включать добавочное сопротивление r _д, чтобы пусковой ток, равный теперь

, (5-54)

не превышал допустимого для двигателя. Так как время пуска сравнительно невелико, то пусковой ток берут несколько больше номинального, доводя его для небольших двигателей до двукратного значения номинального тока.

При пуске двигатель развивает начальный пусковой момент. Двигатель начинает вращаться; в его обмотке якоря начинает наводиться э.д.с. E_a. Применяя "правило левой руки", найдем направление вращения двигателя; применяя при этом "правило правой руки", найдем, что наведенная в якоре э.д.с. направлена против тока и, следовательно, против приложенного к двигателю напряжения. Поэтому она называется противо-э.д.с. или обратной э.д.с. Ее роль при работе машины двигателем была впервые выяснена в работах Э. X. Ленца и Б. С. Якоби.

При вращении двигателя ток в якоре определяется равенством

. (5-55)

По мере нарастания скорости вращения и пропорциональной ей обратной э.д.с. Е_а добавочное сопротивление нужно уменьшать, т. е. выводить пусковой реостат. Выводить пусковой реостат нужно постепенно, чтобы успевали расти скорость вращения и обратная э.д.с.

Ток в якоре при нормальной работе двигателя, когда выведен весь реостат,

. (5-56)

Согласно изложенному выше можем написать уравнение напряжений двигателя:

U = E_a + I_a S r. (5-57)

Найдем скорость вращения двигателя. Из (5-14) следует:

E_a = c _э n F; (5-58)

отсюда, учитывая (5-57), получим:

, (5-59)

где - постоянная величина.

Из (5-59) следует, что скорость вращения прямо пропорциональна э.д.с. якоря Е а и обратно пропорциональна магнитному потоку Ф.

В зависимости от способа возбуждения различают двигатели: с параллельным, с последовательным и со смешанным возбуждением.