10.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ

Всякая машина постоянного тока может работать и генератором, и двигателем. Присоединим машину с параллельным возбуждением к сети постоянного тока. Соединим щетку «+» с положительным полюсом сети, а щетку «-» — с отрицательным. В якоре нашей машины потечет ток, имеющий направление, прямо противоположное току, протекающему в якоре, когда машина работала генератором. Ток в обмотке возбуждения сохранит прежнее направление. Применяя правило левой руки, можно определить направление силы, действующей теперь на якорь.

Эта сила будет стремиться вращать якорь в ту же сторону, в которую он вращался при работе машины генератором. Об этом можно было бы догадаться и непосредственно: в самом деле, ток теперь течет в другом направлении, чем когда машина работала генератором, а при работе генератором взаимодействие тока и магнитного поля препятствовало вращению якоря.

Итак, когда мы машину постоянного тока приключим к сети, в ней потечет ток и она будет вращаться.

Но с какой скоростью она будет вращаться и чему будет равен ток, протекающий через нее? Попробуем найти ответ и на эти вопросы.

Если бы якорь машины был неподвижен, например наглухо заторможен, то ток, протекающий через якорь, был бы чрезвычайно велик. Для того чтобы его подсчитать, можно воспользоваться законом Ома: приложенное к якорю напряжение нужно разделить на внутреннее сопротивление цепи якоря. Так как это сопротивление невелико, то ток в ней будет очень большим. Напротив, в обмотке возбуждения шунтовой машины ток будет не больше нормальной величины: ее сопротивление неизменно, а на полное напряжение сети она включается и при нормальной работе.

Освободим теперь якорь и дадим ему возможность вращаться. В обмотке вращающегося якоря немедленно начнет наводиться напряжение, при этом тем большее, чем больше будет его угловая скорость. Это напряжение будет направлено навстречу приложенному извне напряжению. Оно будет стремиться посылать ток в обратном направлении (вспомните, что вращение происходит в том же направлении, что и вращение генератора).

Таким образом, в обмотке машины будет действовать разность напряжений: приложенного извне и наводимого в самой обмотке (противодействующая ЭДС).

Если эту разность разделить на электрическое сопротивление машины, то получится ток, протекающий в машине.

Чем больше будет наведенное напряжение, чем больше будет скорость двигателя с параллельным возбуждением, тем, очевидно, будет меньше разность внешнего и наводимого напряжений, а следовательно, тем меньше будет ток, текущий через обмотку якоря.

Но меньшему току соответствует и меньшее вращающее усилие.

Поэтому естественно, что чем слабее механическая нагрузка двигателя (чем меньше ее тормозящее усилие), тем скорее будет вращаться якорь, тем меньший ток будет идти в машину из сети, тем меньшая мощность будет потребляться двигателем.

Посмотрим теперь, как машину постоянного тока можно перевести из условий работы двигателем в условия работы генератором.

Пусть наш двигатель присоединен к сети и не имеет никакой механической нагрузки, т. е. пусть двигатель работает вхолостую. Скорость при этом будет такой, что наводимое напряжение будет очень мало отличаться от напряжения сети. В обмотке якоря будет протекать очень малый ток, нужный только для того, чтобы создать усилие, преодолевающее трение в самой машине. Будем раскручивать нашу машину, заставим ее вращаться быстрее. Что при этом произойдет? Напряжение, наводимое в якоре, может оказаться уже больше напряжения сети, тогда ток изменит направление. Ток будет протекать по направлению, определяемому напряжением, наводимым в якоре. Теперь снова его взаимодействие с магнитным полем будет тормозить вращение якоря.

Для вращения якоря теперь нужно затрачивать механическую мощность; ток течет в направлении, определяемом напряжением, наводимым в якоре, и, следовательно, наша машина начала работать генератором.