лельная работа будет протекать нормально, так как случайное приращение тока якоря одного генератора распределится между последовательными обмотками возбуждения обоих генераторов и вызовет увеличение э.д.с. генераторов. Нагрузка с одного генератора на другой переводится так же, как в генераторах параллельного возбуждения.

Глава 7

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 7.1. Общие сведения о двигателях постоянного тока

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных, крановых и других установках, где требуется широкое плавное регулирование частоты вращения. Одна

и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство электрических машин называют обратимостью. Предположим, что к двигателю подведено напряжение £/сети=const. При заданной на рис. 7.1 полярности полюсов и направлении тока /я в якоре (обмотка якоря показана только одним проводником) на валу двигателя создается вращающий электромагнитный момент М, направленный против вращения часовой стрелки. Под действием этого момента двигатель вращается в направлении момента с постоянной частотой п. Применяя правила правой руки, находим, что в проводнике (обмотке) якоря наводится э. д. с. ея, направленная встречно относительно тока якоря, и поэтому ее называют противо-з. д. с. якоря и рассматривают как электромагнитное противодействие двигателя относительно напряжения сети С^сети- Для двигателя, работающего с постоянной частотой вращения, можно составить уравнение э. д. с.

Uvet =E%-\-1ЯНЯ, (7.1)

где Ея и /я - э.д.с и ток, соответствующие установившемуся режиму работы; IfiRn - падение напряжения в сопротивлениях цепи якоря двигателя.

Уравнение моментов двигателя. Электромагнитный момент двигателя

Рис. 7.1. Направление момента и противо-э. д. с. обмотки якоря двигателя

(7.2)

создается в результате взаимодействия основного магнитного поля Ф и тока в обмотке якоря /я и расходуется на преодоление тормозящих моментов:

1) момента х.х. М0;

2) полезного момента М2;

3) динамического момента Mj. Момент х.х. Мо существует при любом режиме работы двигателя и определяется трением в подшипниках, трением щеток о коллектор, вентиляционными потерями и потерями в стали. Полезный момент М2 определяется свойствами рабочей машины и характером производственного процесса. Динамический момент возникает при всяком изменении частоты вращения двигателя

Mj=±J-, (7.3)

где J - момент инерции всех вращающихся частей; Q - угловая скорость вращения якоря.

Если частота вращения двигателя увеличивается, то момент Е, положителен и, складываясь с моментами М0 и М2, увеличивает тормозной момент на валу двигателя. При уменьшении п момент Mj отрицателен и уменьшает общий тормозной момент. Зависимость между вращающим и тормозным моментами двигателя на его валу определяется законом равновесия моментов: в любых условиях работы двигателя эти моменты находятся во взаимном равновесии, т. е. равны друг другу по величине, но направлены в противоположные стороны. При п = const момент Mj=0 и тогда

ЛГ = ЛГ0+ЛГ2=ЛГ ,. (7.4)

где Мст - статический момент сопротивления на валу двигателя.

Следовательно, двигатель работает устойчиво и вращается с постоянной частотой, если развиваемый и вращающий момент равен противодействующему моменту М=МСТ. Точкой установившегося режима работы двигателя является точка пересечения механических характеристик электродвигателя M=f (п) и исполнительного механизма Мст =/( )

Если двигатель и приводимый им во вращение исполнительный механизм имеют механические характеристики M=f(n) и Mc?=f(n) (рис. 7.2, а), то при случайном увеличении частоты вращения от п до п' равенство моментов нару-шится. Момент, развиваемый двигателем, уменьшится и станет меньше тормозного (М'<МСт)- Поэтому двигатель будет затормаживаться до значения п, при котором М=МСТ. Наоборот, при случайном уменьшении частоты п до значения п вращающий момент двигателя М становится больше противодействующего момента М Ст, и якорь двигателя получает ускорение, возвращающее его к исходной частоте п. Таким образом, в рассматриваемом случае работа двигателя устойчива, так как (dM/dn) < (dM/dri). Если же механические характеристики M=f (п) иМст = /( ) имеют вид, показанный на рис. 7.2, б, работа электродвигателя становится неустойчивой. Действительно, при случайном изменении частоты вращения от п до п' избыточный вращающий момент двигателя М' вызывает дальнейшее увеличение частоты вращения. Если же произойдет изменение частоты вращения от п до п , то избыточный противодействующий мо-

мент вызывает дальнейшее уменьшение частоты вращения, следовательно, работа двигателя будет неустойчивой, так как (dM/dn)> >(dMCT/dn). j

Энергетическая диаграмма двигателя. На рис. 7.3 изображена энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения, работающего в установившемся режиме, т. е. при п = const. К двигателю из сети подводится мощность Pi = UcI, которая покрывает потери в цепи возбуждения /2в/?в и электрические потери в цепи якоря PRRn, а оставшаяся ее часть составляет электромагнитную

Рис. 7.2. К понятию об устойчивой работе двигателя Рис. 7.3. Энергетическая

диаграмма двигателя параллельного возбуждения

мощность якоря Рш=Еп1я, преобразующуюся в полную механическую мощность Ри двигателя. Полезная механическая мощность на валу двигателя /°2 меньше полной механической мощности Рм на величину мощности Р0, необходимой для покрытия потерь в стали Рс и механических потерь Рмех, т. е. Р2=Рм-(Рс + Рш&)-

§ 7,2. Классификация и характеристики двигателей постоянного тока

В зависимости от способа включения обмотки возбуждения и обмоткн якоря различают следующие типы двигателей постоянного тока:

1) параллельного возбуждения;

2) последовательного возбуждения;

3) смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения: параллельная и последовательная. Двигатели постоянного тока оцениваются по совокупности следующих видов характеристик: пусковых, рабочих, регулировочных и механических.

Пусковые характеристики. Пусковые характеристики определяются следующими величинами:

а) пусковым током /пуск, характеризуемым отношением /Пуск/Лтом;