Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Обратимся еще раз к основному уравнению электродвигателя U = Е + I_яR_я. Выражение для ЭДС двигателя ничем не отличается от выражения для ЭДС генератора. Это и понятно: и в том и в другом случае проводники обмотки пересекают силовые линии маг­нитного поля. Тот факт, что якорь генератора раскру­чивается механической, а якорь двигателя—электро­магнитной силами, с точки зрения закона электромаг­нитной индукции не имеет значения. Частота вращения двигателя

n=

С практической точки зрения важно представлять условия и способы регулирования частоты вращения двигателя. Выведенная формула позволяет решить эту задачу. Прежде всего отметим, что для уменьшения потерь мощности сопротивление обмотки якоря стре­мятся сделать по возможности малым (в реальных машинных оно составляет сотые или тысячные доли ом). В соответствии с этим и падение напряжения на активном сопротивлении якоря I_ЯR_Я невелико по  сравнению с напряжением сети. Поэтому в формуле для частоты вращения двигателя произведением I_ЯR_Я  можно пренебречь. Тогда

n= U/(с_ЕФ).

Таким образом, существует два способа плавного изменения частоты вращения двигателя в широких пределах: 1) изменение напряжения U, подведенного к якорю двигателя; 2) изменение магнитного потока возбуждения Ф (тока возбуждения I_в).

На рис. 9.27 показано возможное подключение регулировочных реостатов к схеме двигателя. Увеличивая сопротивление R₂ при постоянном напряжении сети U, уменьшаем напряжение, подведенное к якорю, и час­тоту вращения двигателя. Увеличивая сопротивление R₁, уменьшаем ток возбуждения и магнитный поток возбуждения, а, следовательно, увеличиваем частоту вращения двигателя.

Второй способ регулирования частоты вращения двигателя предпочтительнее, так как он связан с мень­шими потерями энергии: ток возбуждения в десятки раз меньше тока якоря, а потери в регулировочном реостате пропорциональны квадрату тока. Однако при необходимости изменения частоты вращения двига­теля в очень широких пределах одновременно исполь­зуют оба способа.

Возможность плавного и экономичного регулиро­вания частоты вращения в широких пределах явля­ется важнейшим достоинством двигателей постоянно­го тока.

Во многих случаях возникает необходимость менять направление вращения якоря электродвигателя. Изменение направления вращения называют ревер­сированием.

Для реверсирования двигателя постоянного тока следует изменить направление магнитного потока возбуждения или тока якоря. При одновременном изме­нении направления потока возбуждения и тока якоря за счет изменения полярности напряжения источника питания направление вращения якоря двигателя не меняется.

Реверсирование двигателей осуществляют с по­мощью переключателей в цепи якоря или в цепи возбуждения.

Выражение для частоты вращения двигателя пока­зывает, что по мере уменьшения магнитного потока возбуждения частота неограниченно возрастает. С этой точки зрения опасен обрыв цепи возбуждения двигателя, при котором магнитный поток резко умень­шается до потока остаточного намагничивания, а дви­гатель идет «вразнос». Особенно вероятен режим «разноса» у ненагруженного двигателя. Режим «раз­носа» является аварийным: центробежные силы дефор­мируют обмотку якоря, якорь заклинивается, а в не­которых случаях и разрушается.

У нагруженного двигателя увеличение частоты вра­щения происходит не столь резко, так как уменьшение магнитного потока при постоянном моменте вращения приводит к такому увеличению тока якоря, при котором произведением I_ЯR_Я уже нельзя пренебрегать. Но и в этом случае обрыв цепи возбуждения может быть опасным.