Способы регулирования скорости вращения

Способы регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока следуют из соотношений (7) и (9), представленных в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока". Возможны три способа регулирования скорости вращения.

1. Наиболее удобным, распространенным и экономичным является способ регулирования скорости путем изменения потока Ф_δ, то есть тока возбуждения i_в.

С уменьшением Ф_δ, согласно выражению (7), представленному в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока", скорость возрастает. Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф_δ, то есть с наименьшей скоростью n. Поэтому практически можно только уменьшать Ф_δ.

Следовательно, рассматриваемый способ позволяет регулировать скорость вверх от номинальной. При таком регулировании коэффициент полезного действия (к. п. д.) двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, в частности мала мощность реостатов для регулирования тока возбуждения. К тому же при уменьшении i_в мощность возбуждения U ×i_в уменьшается.
Верхний предел регулирования скорости вращения ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

При высоких скоростях коммутация ухудшается вследствие увеличения вибрации щеточного аппарата, неустойчивости щеточного контакта и возрастания реактивной электродвижущей силы (э. д. с.), а также вследствие увеличения максимального напряжения между коллекторными пластинами в результате ослабления основного поля и усиления при этом искажающего влияния поперечнойреакции якоря.

Для увеличения диапазона регулирования n посредством ослабления поля в машинах малой и средней мощности с волновой обмоткой якоря иногда применяют раздельное питание катушек возбуждения отдельных полюсов. При этом в одной группе полюсов сохраняют i_в = const и большой поток со значительным насыщением участков магнитной цепи, а в другой группе полюсов i_в и поток уменьшают. Искажение влияния поперечной реакции якоря под первой группой полюсов в этом случае будет проявляться значительно слабее. Так как в волновой обмотке напряжение между соседними коллекторными пластинами складывается из э. д. с. p секций, расположенных под всеми полюсами, то в результате такого регулирования потока полюсов распределение напряжения между пластинами будет более равномерным.

2. Другой способ регулирования скорости заключается во включении последовательно в цепь якоря реостата или регулируемого сопротивления R_ра.

Вместо выражения (7), представленного в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока", при этом имеем

(1)

Этот способ дает возможность регулировать скорость вниз от номинальной и связан со значительными потерями в сопротивлении R_ра и понижением к. п. д.

Действительно, при номинальном токе якоря I_а = I_ан среднее значение числителя равенства (7), представленного в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока", в относительных единицахравно

U_* – R_а* × I_ан* = 1 – 0,05 = 0,95.

Если при Ф_δ = const необходимо уменьшить скорость вдвое, то нужно уменьшить этот числитель вдвое, то есть

U_* – R_а* × I_ан* – R_ра* × I_ан* = 1 – 0,05 – R_ра* × I_ан* = 0,475.

Так как U_* = I_ан* = 1, то при этом

R_ра* = 0,95 – 0,475 = 0,475 ,

то есть в реостате будет теряться 47,5% приложенного напряжения и столько же мощности, подводимой к цепи якоря. По этой причине данный способ применяется в основном для двигателей небольшой мощности, а для более мощных двигателей используется редко и только кратковременно (пуско-наладочные режимы и так далее).

3. Регулирование скорости осуществляется также путем регулирования напряжения цепи якоря. Так как работа двигателя при U > U_н недопустима, то данный способ, согласно выражениям (7) и (9), представленным в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока"), дает возможность регулировать скорость также вниз от номинальной. К. п. д. двигателя при этом остается высоким, так как никаких добавочных источников потерь в схему двигателя не вносится.

Однако в этом случае необходимо отдельный источник тока с регулируемым напряжением, что удорожает установку.

Отметим, что регулирование скорости путем изменения I_а невозможно, хотя такая возможность на первый взгляд вытекает из равенства (7), представленного в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока". Дело в том, что, согласно равенству (3), представленному в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока", двигатель при каждой скорости вращения должен развивать определенный момент M, равный моменту сопротивления механизма M_ст при данном значении n. Но при этом в соответствии с выражением (8), представленным в статье "Общие сведения о двигателях постоянного тока", при заданном значении Ф_δ величина I_а в двигателе будет при каждом значении Mтоже вполне определенной.