В начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен и противо-э. д. с. равна нулю (Е = 0). Таким образом, при непосредственном включении двигателя в сеть в обмотке якоря протекает чрезмерно большой ток, равный
Поэтому непосредственное включение в сеть допускается только для двигателей ти 7очень малой мощности, у которых падение напряжения в якоре представляет относительно большую величину и броски тока не столь велики.
В машинах постоянного тока большой мощности падение напряжения в обмотке якоря при полной нагрузке составляет несколько процентов от номинального напряжения, т. е.
I я r я = (0,02 ÷ 0,1) U c. (148)
Следовательно, пусковой ток в случае включения двигателя в сеть с номинальным напряжением во много раз превышает номинальный I пуск >> I н).
Большой пусковой ток является опасным как для машины, так и для приемника механической энергии, находящегося на валу двигателя. При большом токе происходит нагрев обмотки якоря машины и образуется интенсивное искрение под щетками, вследствие которого коллектор может выйти из строя. На валу двигателя создаются механические удары, так как при большом токе вращающий момент будет также большим.
Для ограничения пускового тока используются пусковые реостаты, включаемые последовательно с якорем двигателя при пуске в ход. Пусковые реостаты представляют собой проволочные сопротивления, рассчитываемые на кратковременный режим работы; они выполняются ступенчатыми, что дает возможность изменять ток в якоре двигателя в процессе пуска его в ход.
Схема двигателя параллельного возбуждения с пусковым реостатом показана на рис. 163. Пусковой реостат этого двигателя имеет три зажима, обозначаемые буквами Л, Я, Ш. Зажим Л соединен с движком реостата и подключается к одному из полюсов рубильника (к линии). Зажим Я соединяется с сопротивлением реостата и подключается к зажиму якоря Я. Зажим Ш соединен с металлической шиной, помещенной на реостате (шунт). Движок реостата скользит по этой шине так, что между ними имеется непрерывный контакт. К зажиму Ш через регулировочное сопротивление r р присоединяется обмотка возбуждения Ш 1. Зажим якоря Я 2 и обмотки возбуждения Ш 2 соединены между собой перемычкой и подключены ко второму полюсу рубильника, включающего двигатель в сеть.
При пуске в ход включается рубильник и движок реостата переводится на контакт 1, так что последовательно с якорем соединено полное сопротивление пускового реостата ПР, которое выбирается таким, чтобы наибольший ток при пуске в ход I п.макс не превышал номинальный ток более чем в 1,7 — 2,5 раза, т. е.
При включении двигателя в сеть по обмотке возбуждения также протекает ток, создающий магнитный поток. В результате взаимодействия тока в якоре с магнитным полем полюсов возникает пусковой момент, под действием которого якорь двигателя придет во вращение.
При увеличении скорости вращения якоря возрастает противо-э. д. с. и ток в якоре начинает уменьшаться, что вызовет уменьшение вращающего момента двигателя.
В рабочем режиме сопротивление пускового реостата должно быть полностью выведено, так как оно рассчитано на кратковременный режим работы и при длительном прохождении тока окажется выведенным из строя.
Когда ток в якоре уменьшится до небольшого значения I п.мин, - движок пускового реостата переводится на контакт 2. При этом сопротивление пускового реостата уменьшится на одну ступень, что вызовет увеличение пускового тока.
Увеличение тока в якоре вызывает увеличение вращающего момента, вследствие чего скорость вращения вновь повышается.
С увеличением скорости возрастает противо-э. д. с., что вызывает уменьшение тока в якоре. Когда ток в якоре достигает вновь небольшого значения, движок реостата переводится на контакт 3.
Таким образом, сопротивление пускового реостата постепенно (ступенями) уменьшается (контакт 4), пока оно полностью не будет выведено (движок реостата на контакте 5), и в рабочем режиме ток и скорость якоря принимают установившиеся значения, соответствующие тормозному моменту на валу двигателя.
Наименьший ток при пуске в ход зависит от режима работы двигателя. Если двигатель пускается при полной нагрузке, то I п.мин ≈ 1,1 I н. При пуске двигателя без нагрузки или при малых нагрузках этот ток может быть меньше номинального тока двигателя.
Число ступеней пускового реостата зависит от разности I п.макс — I п.мин, причем чем меньше разность этих токов, тем больше число ступеней. Обычно пусковые реостаты имеют от двух до семи ступеней. При пуске двигателя в ход регулировочное сопротивление r р в цепи возбуждения должно быть полностью выведено, т. е. ток возбуждения должен быть наибольшим, что дает возможность уменьшить пусковой ток. Для пуска двигателя необходимо создать пусковой момент, больший тормозного момента на валу (M пуск > М т). Так как М пуск = k Φ I п, то для уменьшения пускового тока надо увеличить магнитный поток, т. е. увеличить ток в обмотке возбуждения.
Металлическая шина пускового реостата соединена с зажимом 1. Это необходимо для того, чтобы при отключении двигателя от сети не было разрыва цепи обмотки возбуждения, имеющей значительную индуктивность.
При отключении двигателя движок пускового реостата переводится на холостой контакт 0 и рубильник отключается; обмотка возбуждения будет замкнута на сопротивление пускового реостата и якоря, что дает возможность избежать перенапряжений и дугообразования.