Пуск двигателей постоянного тока

Однако в двигателях постоянного тока сравнительно часто создаются условия, при которых равновесие моментов не восстана­вливается при любом изменении скорости, так что вращающий мо­мент всегда остается больше тормозного момента на валу двига­теля (МЭ>Мт). В таких случаях скорость вращения якоря непре­рывно увеличивается, теоретически стремясь к бесконечности. Практически при значительном превышении номинальной скорости машина разрушается — разрываются бандажи, скрепляющие ло­бовые соединения обмотки, проводники обмотки выходят из пазов и т. д. Такой аварийный режим называется разносом двигателя.

Направление вращения якоря двигателя зависит от полярности полюсов и от направления  тока  в проводниках  обмотки  якоря.

Таким образом, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения подавления  вращения  якоря,  нужно либо  изменить  полярность ролюсов, переключив обмотку возбуждения, либо изменить направ­ление тока в обмотке якоря.

Обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, переключение ее нежелательно. Поэтому реверсирование двигателей постоянного тока обычно заключается в переключении об­мотки якоря.

§ 114. ПУСК ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподви­жен и противо-э. д. с. равна нулю (E = 0). При непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря будет протекать чрез­мерно большой ток.

Поэтому непосредственное включение в сеть допускается толь­ко для двигателей очень малой мощности, у которых падение на­пряжения в якоре представляет относительно большую величину и броски тока не столь велики.

В машинах постоянного тока большой мощности падение на­пряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет не­сколько процентов от номинального напряжения, т. е.

Следовательно, пусковой ток в случае вклю­чения двигателя в сеть с номинальным напря­жением во много раз превышает номинальный  (Iпуск)

Большой пусковой ток является опасным как для машины, так и для приемника механи­ческой энергии, находящегося на валу двига­теля. При большом токе нагревается обмотка якоря машины и образуется интенсивное искре­ние под щетками, вследствие которого коллек­тор может выйти из строя. На валу двигателя создаются механические удары, так как при большом токе вращающий момент будет также большим.

Для ограничения пускового тока исполь­зуют пусковые реостаты, включаемые последо­вательно с якорем двигателя при пуске в ход. Пусковые реостаты представляют собой про­улочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы, и выполняют­ся ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.

Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым рео­статом показана на рис.  151. Пусковой реостат этого двигателя

имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника  (к линии). Зажим Я соединяется  с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря Я. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по этой шине так, что между ними имеется не­прерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочное сопротивление rр присоединяется обмотка возбуждения  Ш1.  Зажим  якоря Я2 и обмотки возбуждения Ш2 соединены между собой перемычкой и подключены ко второму полюсу рубильника, включающее двигатель в сеть.

При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так что последовательно с якорем соединино полное сопротивление пускового реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы наибольший ток при пуске в ход Iмакс не превышал номинальный ток более чем в 1,7—2,5 раза, т. е.

При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения так­же протекает ток, образующий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов создает­ся пусковой момент.

Если пусковой момент окажется больше тормозного момента а валу двигателя (Мпуск>Мт), то якорь машины придет во вра­щение. Под действием инерции скорость вращения не может пре­терпевать мгновенных изменений и число оборотов якоря будет по­степенно увеличиваться.

При увеличении скорости вращения якоря увеличивается противо-э. д. с. и ток в якоре начнет уменьшаться, что вызывает умень­шение вращающего момента двигателя.

В рабочем режиме сопротивление пускового реостата должно быть полностью выведено, так как оно рассчитано на кратковре­менный режим работы и при длительном прохождении тока выйдет из строя.

Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения Iмин движок пускового реостата переводится на контакт 2. При этом сопротивление пускового реостата уменьшится на одну ступень, что вызовет увеличение тока. Сопротивления всех ступеней пускового реостата выбирают так, чтобы при переводе движка реостата с од­ного контакта на другой ток в якоре изменялся от Iмин до Iмакс.

Увеличение тока в якоре вызывает увеличение вращающего мо­мента, вследствие чего скорость вращения вновь увеличивается. С увеличением скорости вращения якоря возрастает противо-э. д.с. что вызывает уменьшение тока в якоре. Когда ток в якоре дости­гает вновь небольшого значения, движок реостата переводится на контакт 3.

Таким образом, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается, пока оно полностью не будет выведено  (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и ско­рость якоря принимают установившиеся значения, соответствую­щие тормозному моменту на валу двигателя.

Наименьший ток при пуске в ход зависит от  режима  работы двигателя.  Если  двигатель  пускается  при  полной  нагрузке,  то Iмин=1,1 Iн. При пуске двигателя без нагрузки или при малых нагрузках этот ток может быть меньше номинального тока двигателя.

Число ступеней пускового реостата зависит от разности Iмакс — Iмин, причем чем меньше разность этих токов, тем больше число ступеней. Обычно пусковые реостаты имеют от 2 до 7 ступе­ней. При пуске двигателя в ход регулировочное сопротивление rр в цепи возбуждения должно быть полностью выведено, т. е. ток возбуждения должен быть наибольшим, что дает возможность уменьшить пусковой ток. Для пуска двигателя необходимо создать пусковой момент, больший тормозного момента на валу (Мпуск> Мт). Так как Мпуск=КФIп, то для уменьшения пускового тока надо увеличить магнитный поток, т. е. увеличить ток в обмотке возбуждения.

Металлическая шина пускового реостата имеет соединение с за­жимом 1. Это необходимо для того, чтобы при отключении двигателя от сети не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющей значительную индуктивность.

При отключении двигателя движок пускового реостата пере­водится на холостой контакт 0 и рубильник отключается. При этом обмотка возбуждения будет замкнута на сопротивление пускового реостата и якоря, что дает возможность избежать перенапряже­ний и дугообразования.

§ 115. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Рабочие свойства двигателей определяются их рабочими харак­теристиками,  представляющими  собой  зависимости  числа  оборотов т, вращающего момента Мэ, потребляемого тока I, мощности Р1 и к. п. д. η от полезной мощности на валу Р2- Эти зависимости соответствуют естественным усло­виям работы двигателя, т. е. ма­шина не регулируется и напряже­ние сети остается постоянным. Так

как при изменении полезной мощ­ности Р2 (т. е. нагрузки на валу) изменяется также и ток в  якоре

машины, то рабочие характери­стики часто строятся в зависимо­сти от тока в якоре. Зависимости вращающего момента и скорости вращения от тока в якоре для двигателя параллельного возбуждения изображены на рис. 152, а схема сто показана выше (см. рис. 151).

Число  оборотов  двигателя  определяется  следующим  выражением: