§ 8.2. Двигуни паралельного збудження
Пуск у хід двигуна. На рис. 8.2 представлена принципова схема включення двигуна постійного струму паралельного збудження, де Rп - пусковий реостат у ланцюзі якоря і ρ — регулювальний реостат у ланцюзі порушення. Пусковий реостат Rп у схемі (рис. 8.2) застосовується тільки при пуску в хід двигуна потужністю понад 400 ÷ 600 Вт для обмеження пускового струму в перший момент включення, коли при нерухомому якорі проти-е.р.с. його Е ще дорівнює нулю, а омічний опір r2 порівняно невеликий.
Оскільки при включенні в період пуску в ланцюг якоря реостата Rп напруга на затискачах якоря значно знижується внаслідок падіння напруги в цьому опорі від пускового струму, то ланцюг збудження двигуна потрібно включати не на затискачі якоря, а на повну напругу мережі до пускового реостата (див. рис. 8.2). Тоді при виведеному опорі ρ в цьому ланцюзі струм збудження і магнітне поле полюсів будуть максимальними, що забезпечить найбільший пусковий момент двигуна [див. рівняння (8.4)].
При пуску двигуна в хід струм якоря із часом спочатку зростає, а потім зменшується до сталого робочого значення І2 (рис. 8.3). При цьому швидкість обертання якоря в період пуску поступово наростає й досягає свого сталого значення при його струмі І2. Величина цього струму (А) при обертанні якоря
де ε = (U — Е)/U = I2r2/U — відносне падіння напруги в ланцюзі якоря, при цьому r2 = r2' + rщ (Ом), тут r2' — омічний опір обмотки якоря; rщ — перехідний опір контактів щіток і колектора. У малих двигунах паралельного збудження потужністю до декількох десятків або сотень ват зазвичай ε ≈ 0,10 ÷ 0,30; при більших потужностях двигунів ε < 0,10.
При нерухомому якорі двигуна е.р.с. його Е = 0 і пусковий струм (А)
при включенні його в мережу з напругою U без пускового реостата (Rп = 0). згідно (8.6),
або кратність пускового струму двигуна по відношенню до номінального в цьому випадку складе
Отже, при пуску в хід двигуна, коли в перший момент проти-е.р.с. якоря Е = 0, для обмеження пускового струму необхідно включати в ланцюг якоря реостат (див. рис. 8.2), тоді
Однак малі двигуни постійного струму потужністю приблизно до 400 ÷ 600 Вт зазвичай пускають у хід без пускового реостата Rп, так як омічний опір ланцюга якоря r2 цих двигунів здебільшого є достатнім для обмеження пускового струму двигуна в припустимих межах.
Обертальний момент двигуна. Повний електромагнітний обертальний момент двигуна паралельного збудження визначається рівнянням (8.4). Якщо корисне магнітне поле двигуна Фδ при всіх навантаженнях на його валу залишається незмінним, то повний обертаючий момент двигуна М = см∙ФδІ2 ≡ І2. Корисний або навантажувальний момент (Н∙см) на валу двигуна М2 менше повного моменту його М на величину гальмуючого моменту Мо механічних і магнітних втрат у двигуні, який називається зазвичай моментом холостого ходу його, тобто
де І20 — струм якоря при холостому ході двигуна, тобто при роботі його без механічного навантаження на валу. Момент холостого ходу двигуна (Н∙см)
де Ммх — момент механічних втрат у двигуні (на тертя в підшипниках, щіток об колектор і якоря об повітря), Н∙см; МВТ — момент магнітних втрат на вихрові струми в сталі якоря, Н∙см; Мг — те ж, на гістерезис у сталі якоря, Н∙см.
Всі три складові втрат залежать від швидкості обертання якоря. У двигунах постійного струму паралельного збудження ця швидкість при переході від холостого ходу до повного навантаження змінюється у відносно обмежених межах: чим більше потужність двигуна, тим менші ці межі. Тому в першому наближенні можна прийняти втрати холостого ходу розглянутого двигуна постійними при зміні навантаження на валу двигуна. З врахуванням сказаного на рис. 8.4 представлені по рівняннях (8.4) і (8.10) криві залежності від струму якоря повного і корисного моментів двигуна паралельного збудження.
Швидкісна характеристика двигуна. Швидкісна характеристика двигуна паралельного збудження являє собою графічно зображену залежність швидкості обертання відтоку якоря при U = const; Іш = const:
Вираз для швидкості обертання (об/хв) двигуна можна одержати з рівняння (4.2) для е.р.с. якоря:
де сЕ = (p/60)(N2/а) — постійна обмотки якоря.
Як видно з (8.12), при постійних значеннях напруги й струму збудження на швидкість обертання двигуна паралельного збудження при навантаженні впливають два фактори: падіння напруги в якорі І2r2 і розмагнічуючи дія м.р.с. FR якоря на поле полюсів. Обидва ці фактори впливають на швидкість обертання якоря в протилежних напрямках, а саме: перший зменшує цю швидкість, а другий збільшує.
Залежно від переважної дії одного із цих факторів швидкість обертання двигуна паралельного збудження зі збільшенням навантаження на валу може або зменшуватися, або зростати, або ж при рівній їх дії залишатися приблизно постійною. Зазвичай в малих двигунах постійного струму розмагнічуючи дія м.р.с. якоря на поле полюсів проявляється порівняно незначно. Тому головним фактором, що створює вплив на швидкість обертання цих двигунів при навантаженні є падіння напруги в якорі І2r2. У зв'язку із цим у малих двигунах паралельного збудження швидкісна характеристика n=f(І2) графічно являє собою зазвичай спадаючу пряму (рис. 8.5).Якщо струм якоря І2 виразити через величину обертаючого моменту з рівняння (8.4) і підставити його в рівняння (8.12), то вийде рівняння механічної ха-рактеристики двигуна п = f(M) (об/хв):
У малих двигунах паралельного порушення впливом м.р.с. якоря на поле полюсів у повітряному проміжку Фδ практично можна знехтувати і при струмі збудження Іш = const можна покласти Фδ = const. Тоді при цій умові швидкісні n=f(І2) і механічні п = f(M) характеристики даного двигуна будуть однаковими. Ці характеристики представлені на рис. 8.5 ÷ 8.7.
Регулювання швидкості обертання двигуна. Як показує рівняння (8.12), регулювання швидкості обертання двигуна паралельного збудження можна здійснити двома основними способами: 1) зміною струму збудження (або поля Фδ); 2) зміною напруги на затискачах якоря Uа за допомогою: а) включення опору послідовно в - ланцюг якоря або б) потенціометричного способу (рис. 8.8).
При регулюванні швидкості обертання двигуна за допомогою струму збудження ця швидкість змінюється оберненопропорційно струму: зі зменшенням його вона зростає, зі збільшенням зменшується. Для цієї мети в ланцюг збудження двигуна потрібно включити регулювальний реостат. На рис. 8.6 представлені швидкісні й механічні характеристики двигуна паралельного збудження при різних струмах збудження: номінальному Іш.н., меншому за номінальний Іш' < Iш.н. і більшому за номінальний Іш'' > Iш.н. без врахування впливу м.р.с. якоря на поле полюсів. На рис. 8.7 представлені швидкісні й механічні характеристики цього двигуна при відсутності й включенні опору R послідовно в коло якоря без врахування дії м.р.с. якоря. Як показує рис. 8.7, швидкість обертання двигуна при включенні опору R зменшується внаслідок зниження напруги на затискачах якоря під впливом падіння напруги в цьому опорі від струму якоря. Знижена напруга на затискачах якоря становить Uа = U – I2R і швидкість обертання п' = (Uа – I2r2)/(cEФδ) < п (див. рис. 8.7). Чим більший опір у ланцюзі якоря, тим менша швидкість обертання двигуна при даному струмі якоря І2:
Схема потенціометричного способу регулювання швидкості обертання двигунів паралельного збудження малої потужності представлена на рис. 8.8. За допомогою потенціометра R у цій схемі можна знижувати напругу на затискачах якоря і, отже, швидкість обертання його. Якщо ж у ланцюг збудження двигуна включити регулювальний реостат ρ, то одержиться комбінований спосіб регулювання цієї швидкості в широких межах (рис. 8.9).
