ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

1. Для лучшего понимания и усвоения принципов ра­боты электрической машины в режиме генератора и в режиме двигателя воспользуемся условно-логическими схемами. Такая схема для генератора с независимым возбуждением представлена на рис. 13. Эта схема рас­шифровывается так.

От источника механической энергии (ИМ) при нали­чии передачи (П) на якорь генератора действует вра­щающий момент М. Так как якорь находится в незатор­моженном состоянии (НЗ), он вращается со скоростью . Обмотка возбуждения генератора питается напряже­нием , и так как она замкнута (ЦЗ), то в ней протека­ет ток . Эта обмотка имеет витков, в результате по­является м. д. с. , которая возбуждает магнитный поток Ф. Обмотка якоря вращается в этом магнитном поле и вследствие этого по закону электромагнитной ин­дукции (ЭМИ) в ней наводится э. д. с. . Таким обра­зом, произошло преобразование механической энергии в электрическую. Кроме того, происходят косвенные со­бытия: так как обмотка якоря замкнута (ЦЗ), в ней про­текает ток . Это приводит к возникновению м. д. с. , Которая воздействует на основной магнитный по­ток машины Ф. Величина тока якоря зависит от нагрузки , и, следовательно, воздействие на Ф также за­висит от нагрузки.

2. Преобразование электрической энергии в механи­ческую, т. е. принцип работы электродвигателя, показано на условно-логической схеме рис. 14. Как видно, эта схема также двухстрочная. Она описывает двигатель с независимым возбуждением. От источника электроэнер­гии через провода к обмотке якоря подается напряжение , и так как обмотка якоря замкнута (ЦЗ), в ней про­текает ток . С другой стороны, обмотка возбуждения питается напряжением и аналогично предыдущему создается магнитный поток . В потоке Ф имеются про­вода якоря, по которым протекает ток . Взаимодейст­вие их по закону Ампера создает на валу машины вращающий момент М. Косвенные события, имеющие принципиальное значение, сводятся к вращению якоря со скоростью и аналогично предыдущему в якоре на­водится , которое уменьшает значение , т. е. вели­чина тока определяется не величиной , а разностью .

3. На рис. 15 показана условно-логическая схема для генератора со смешанным возбуждением. Из этой схемы ясно, что э. д.с. якоря получается в результате вра­щения обмотки якоря в остаточном магнитном поле, т. е. в соответствии с законом электромагнитной индукции (ЭМИ). По мере увеличения токов в обмотках возбужде­ния соответственно увеличивается магнитный поток Ф от значения (остаточный поток) до (номинальное значение потока, при котором наводится номинальное значение ). Если генератор последовательного возбуж­дения, то схема действует по каналу 1, если генератор параллельного возбуждения, то схема соответствует каналу 2, а Для смешанного возбуждения действуют оба канала.

4. Особое внимание следует обратить на механичес­кие свойства двигателей постоянного тока. Только пони­мая эти свойства, можно решить вопрос о пригодности того или иного двигателя постоянного тока для привода определенного механизма. Лишь на основе этих свойств станет понятно, почему для привода металлорежущего станка применяется двигатель с параллельным возбуж­дением, а для привода подъемного механизма — двига­тель с последовательным возбуждением.

5. В противоположность асинхронному двигателю двигатель постоянного тока всегда пускается в ход по­средством пускового реостата, ограничивающего величи­ну пускового тока. С другой стороны, двигатель посто­янного тока допускает плавное регулирование скорости, а асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором практически допускает лишь ступенчатое регулирование скорости вращения. Эти различия должны учитываться при выборе приводного двигателя для рабочего меха­низма.

6. Для лучшего понимания двигателей постоянного тока с различными системами самовозбуждения в части их применения целесообразно рассмотреть характерис­тики и для параллельного и после­довательного возбуждения.

В двигателях с параллельным возбуждением зависи­мость можно представить как (рис. 16), так как результирующий магнитный поток Ф

В пределах номинальной нагрузки остается постоянным (при условии пренебрежения или компенсации реакции якоря). При последовательном возбуждении можно счи­тать, что (рис. 17) (принимая, что в пределах номинальной нагрузки ). На рис. 16, 17 видно, что для механизмов, работающих с ударной нагрузкой (пресс, стартер и др.), пригоден двигатель с последова­тельным возбуждением и непригоден двигатель с парал­лельным возбуждением, так как в последнем с увеличе­нием нагрузки ток пропорционально увеличивается. В двигателе с последовательным возбуждением ток уве­личивается лишь на величину .

Характеристика для двигателя с парал­лельным возбуждением определяется прямой линией (рис. 18), а для двигателя с последователь­ным возбуждением определяется гиперболой (рис. 19). (Здесь A, B, D — постоянные величины.) Из них видно, что для механизмов, требующих жесткую ме­ханическую характеристику (металлорежущие станки и др.), пригоден двигатель с параллельным возбуждени­ем, а для механизмов, требующих мягкую характеристи­ку (электропоезда, штамповочные устройства и др.), при­годен двигатель с последовательным возбуждением.

7. Двигатель постоянного тока с параллельным воз­буждением обладает жесткой механической характерис­тикой, уравнение которой , Где В — постоянная

Величина. Это уравнение со­ответствует допущению, что маг­нитный поток остается неизмен­ным при разных нагрузках. Одна­ко при увеличении нагрузки, вследствие реакции якоря, маг­нитный поток уменьшается. По­этому механическая характери­стика этого двигателя может счи­таться прямолинейной, если реак­цией якоря можно пренебречь по малости ее или если реакция яко­ря компенсируется.

8. Двигатель с последовательным возбуждением об­ладает мягкой механической характеристикой. Если сде­лать допущение, что магнитный поток пропорционален току, то уравнение механической характеристики , Где A, D — постоянные величины, не зависящие от нагрузки.

9. Поскольку двигатель постоянного тока допускает плавное регулирование скорости вращения, то возникает вопрос о диапазоне регулирования. Широкий диапазон позволил бы использовать двигатель без применения ре­дуктора, что не только упростило бы передачу, но и улучшило бы работу приводимого механизма. Однако возможность расширить диапазон регулирования огра­ничена, потому что увеличение скорости вращения при­водит к ухудшению условий коммутации, а уменьшение скорости вызывает увеличение размеров двигателя, что ведет к его удорожанию. Поэтому обычно .

10. Вид механических характеристик двигателя по­стоянного тока с параллельным возбуждением при раз­личных способах регулирования скорости дан на рис. 20, где 1 — естественная характеристика; 2 — характеристи­ка при включении реостата в цепь обмотки возбуждения; 3 — Характеристика при уменьшении напряжения; 4 — характеристика при включении реостата в цепь якоря.