Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением.

Одним из основных достоинств двигателей постоянного тока является возможность плавного регулирования частоты вращения в широких пределах. В общем случае в цепь якоря двигателя может быть включен регулировочный реостат R_рг. Тогда из формулы п=[U–I_Я(R_Я+R_рг)]/(с_еФ) следует, что частоту вращения двигателей постоянного тока можно регулировать: а) изменением напряжения сети U; б) изменением падения напряжения в сопротивлениях цепи якоря I_Я(R_Я+R_рг); в) изменением потока возбуждения, а следовательно, изменением тока возбуждения I_Я. Первый способ возможен только в специальных установках, допускающих регулирование напряжения сети U. Реостат R_pг в цепи якоря должен быть подобран так, чтобы можно было регулировать частоту вращения в желаемых пределах. Предположим, что напряжение сети и ток возбуждения остаются постоянными, т.е. U=const и I_Я=const, кроме того, статический момент М_СТ=М₀+М₂ не зависит от частоты вращения двигателя. При выведенном реостате R_pг установившийся режим работы двигателя характеризуется вращающим моментом М₂, частотой вращения п₁, и током в цепи якоря I₂₁. Сразу же после введения регулировочного реостата R_pг частота вращения и противо-э.д.с. остаются без изменения вследствие значительного момента инерции якоря, а ток в цепи якоря уменьшается до значения I₂₁'. Соответственно уменьшается и вращающий момент двигателя. Превышение нагрузочного момента над вращающим моментом приводит к снижению частоты вращения якоря, уменьшению противо-э.д.с. и увеличению тока в цепи якоря (рисунок 1). Новое значение тока I₂₂ и частота вращения п₂ устанавливаются при равенстве вращающего момента двигателя и нагрузочного момента приводимого им во вращение механизма. При постоянном токе возбуждения и нагрузочном моменте М₂ установившееся значение тока в цепи якоря I₂₂= I₂₁ и частота вращения якоря n₂=п₁[U–I₂₁(R_Я+R_pг)]/(U–I₂₁R_Я). Подведенная к двигателю мощность Р₁=U(I_Я+I_В) в установившихся режимах сохраняется неизменной.

Полезная мощность Р₂=М₂ω=М₂2πп₂/60 уменьшается пропорционально частоте вращения. Недостатки этого способа регулирования частоты вращения – малая экономичность и ухудшение условий охлаждения, поэтому его применяют, главным образом, для регулирования частоты вращения двигателей малой мощности. Если двигатель работает в установившемся режиме при неизменном напряжении на зажимах якоря и токе в обмотке возбуждения, то для необходимого вращающего момента М₂ по соответствующим рабочим характеристикам могут быть определены частота вращения п₁ ток I₂₁ в цепи якоря и вычислена противо-э.д.с. Е₂₁. При уменьшении тока возбуждения до значения I_В2 уменьшается магнитный поток. Вследствие значительного момента инерции якоря частота вращения его сразу же после изменения тока возбуждения остается прежней, противо-э.д.с. уменьшается до значения Е₂₁' пропорционально магнитному потоку, ток в цепи якоря увеличивается до значения I₂₁'=(U–Е₂₁')/R_Я. Так как падение напряжения в цепи якоря составляет небольшую часть напряжения сети, то относительное увеличение тока (I₂₁'–I₂₁)/I₂₁=(Е₂₁–Е₂₁')/(U–Е₂₁)=(Е₂₁–Е₂₁')/I_ЯR_Я значительно превосходит относительное уменьшение магнитного потока. Это приводит к увеличению вращающего момента и к ускорению вращения якоря. Противо-э.д.с. в обмотке якоря увеличивается, ток уменьшается, пока не наступит равновесие между вращающим моментом двигателя и нагрузочным моментом приводимого им во вращение механизма при новых установившихся значениях тока I₂₂ и частоте вращения п₂ (рисунок 1). Подведенная к двигателю мощность Р₂=U(I_Я+I_В) и полезная мощность P₂=M₂2πп/60 увеличиваются в одинаковой мере, следовательно, к.п.д. двигателя при этом способе регулирования частоты вращения практически не изменяется. Зависимость частоты вращения п от величины тока возбуждения I_В выражается регулировочной характеристикой двигателя п=f(I_В) при I_Я=const и U=const. На рисунке 2 представлены две регулировочные характеристики двигателя, снятые при различных значениях тока якоря: при I_Я<I_НОМ и при I_Я=I_НОМ. Из этих характеристик видно, что при малом значении тока возбуждения, а тем более при обрыве цепи возбуждения I_В=0 частота вращения неограниченно возрастает, что приводит к «разносу» двигателя.