Работа на постояннотокова машина в двигателен режим
§ 113. РАБОТА НА МАШИНА ЗА ПОСТОЯНЕН ТОК В МОТОРЕН РЕЖИМ
При свързване на постояннотоков двигател към мрежата под действието на приложено напрежение протича ток както в намотката на котвата, така и във възбудителната намотка. Токът на възбуждане възбужда магнитния поток на полюсите.
В резултат на взаимодействието на тока в проводниците на намотката на котвата с магнитното поле на полюсите се създава въртящ момент и котвата на машината започва да се върти. По този начин електрическата енергия, получена от машината от мрежата на източника на енергия, се преобразува в механична енергия.
Механичните сили се създават в резултат на взаимодействието на магнитното поле на полюсите с токовете в проводниците на намотката на котвата. Проводниците на намотката на котвата са положени в жлебове, т.е. те са заобиколени от зъбната стомана на котвата и тези сили ще бъдат приложени главно към зъбите, тъй като магнитната проницаемост на стоманата на зъбците е многократно по-голяма от магнитната проницаемост на немагнитната среда на жлебовете, в които са разположени проводниците на намотката на котвата. Да приемем, че генераторът с паралелно възбуждане работи за мрежа с голяма мощност (фиг. 149). Токът на натоварване на генератора се дава от следния израз:
където I е токът в намотката на котвата,
rn е съпротивлението на веригата на тази намотка,
Е - д. d.s., индуцирани в същата намотка,
U— мрежово напрежение.
Посока e. д.с. и ток в активните проводници на арматурата, показани на диаграмата (фиг. 150, а). Машината развива електромагнитен момент Me, който е спирачка, т.е. консумира механична енергия и генерира електрическа енергия.
Ако токът на възбуждане се намали с помощта на регулиращо съпротивление, тогава както магнитният поток, така и e ще намалеят. d.s., индуцирани в намотката на котвата. Това ще доведе до намаляване на натоварването на генератора. Чрез промяна на съпротивлението на регулиранереостат, е възможно възбуждащият ток да се доведе до такава стойност, при която напр. д.с. в намотката на котвата е равно на мрежовото напрежение (E \u003d U)) и токът в котвата е нула, т.е. генераторът работи на празен ход.
Ако токът на възбуждане е по-малък от тока, съответстващ на празен ход на генератора, тогава e. д.с. намотката на котвата ще бъде по-малка от мрежовото напрежение и токът в котвата ще промени посоката на обратното (фиг. 150, b).
Когато посоката I на тока в проводниците на намотката
Ако главният двигател е изключен, тогава арматурата на машината ще продължи да се върти под действието на развития електромагнитен момент Me.
Когато котвата се върти, в проводниците на нейната намотка се индуцира e. д.с, чиято посока е обратна на посоката на тока. Затова се нарича контра-е. д.с. или обратно e. д.с. Контра-д. д.с. играе ролята на регулатор на консумацията на енергия, т.е. промяна в консумирания ток възниква поради промяна в брояча. д.с. Контра-д. д.с. е равно на:
Въртящ момент, развит от двигателя
Приложеното напрежение се балансира от counter-e. д.с. и спад на напрежението в съпротивлението на намотката на котвата и контактите на четката. Следователно за двигателя уравнението на равновесието e. д.с. ще приеме следната форма:
където E е компонентът на приложеното напрежение, който балансира брояча e. d.s., т.е. реципрочната стойност на противоположното. д. д.с. Ток на котвата
се определя от следния израз
Скорост на котвата на двигателя
Условието за стационарна работа на двигателя е равенството на моментитевъртене и спиране. Ако въртящият момент, развит от двигателя Me, се балансира от спирачния момент на вала Mt, тогава скоростта на въртене на арматурата остава постоянна. При нарушаване на моментния баланс се появява допълнителен момент, който създава положително или отрицателно ускорение на въртенето на котвата.
Ако увеличите натоварването (спирачен момент на вала на двигателя Mt), тогава балансът на моментите ще бъде нарушен (ME Me), скоростта на въртене намалява непрекъснато, докато двигателят спре. Такива случаи могат да възникнат при големи спирачни моменти на вала и значителни спадове на напрежението в мрежата.
С намаляване на натоварването на вала на двигателя (ME > Mt), скоростта на въртене на арматурата ще започне да се увеличава, което води до увеличаване на противодействието. д.с. в обвивката му. Токът в намотката на котвата ще започне да намалява, намалявайки въртящия момент на двигателя. Промяна на скоростта, counter-e. д.с. и токът в котвата също ще тече до възстановяване на равновесието на моментите (Me = Mt).
Въпреки това, в двигателите с постоянен ток сравнително често се създават условия, при които равновесието на моментите не се възстановява с промяна в скоростта, така че въртящият момент винаги остава по-голям от спирачния момент на вала на двигателя (ME> Mt). В такива случаи скоростта на въртене на арматурата непрекъснато се увеличава, теоретично клонейки към безкрайност. На практика при значително превишаване на номиналната скорост машината се разрушава - разкъсват се бандажите, които закрепват челните връзки на намотката, проводниците на намотката излизат от жлебовете и т.н. Такъв авариен режим се наричадистанция на двигателя.
Посоката на въртене на котвата на двигателя зависи от полярността на полюсите и от посоката на тока в проводниците на намотката на котвата.
По този начин, за да обърнете двигателя, т.е. да промените потискането на въртенетоарматура, трябва или да промените полярността на ролите, като превключите намотката на възбуждане, или да промените посоката на тока в намотката на котвата.
Възбуждащата намотка има значителна индуктивност, превключването й е нежелателно. Следователно обръщането на постояннотокови двигатели обикновено се състои в превключване на намотката на котвата.