1.4. Принцип действия двигателя постоянного тока

Принцип действия двигателя постоянного тока основан на взаимодействии тока якоря с магнитным потоком основных полюсов .

В проводниках вращающегося якоря индуцируются ЭДС самоин­дукции, направление которой определяется правилом правой руки.

ЭДС самоиндукции в проводниках направлена встречно току и напряжению, приложенному к якорю.

Согласно второму закону Кирхгофа можно написать уравнение электрического состояния якоря двигателя

(1.4)

откуда

(1.5)

Электрическая мощность Р1, забираемая двигателем из сети, расходуется на покрытие потерь и преобразуется в механическую мощность Р2.

Рис. 1.4. Энергетическая характеристика двигателя постоянного тока.

На рисунке 1.4. приняты следующие обозначения:

рв - электрические потери в обмотке независимого возбуждения;

рэ - электрические потери в обмотке якоря;

рсm- магнитные потери в стали якоря;

рмех и рдоб - механические и добавочные потери, соответственно;

Электромагнитная мощность или мощность воздушного зазора .

Электромагнитный момент двигателя , уравновешивает момент на валу двигателя ,где

- момент, соответствующий потерям холостого хода;

- статический момент нагрузки на валу;

- динамический момент.

При установившемся режиме работы двигателя, когда .

Обычно мало по сравнению с . Поэтому можно считать, что в установившемся режиме работы двигателя . В дальнейшем индекс "ЭМ" опускается.

В двигателях постоянного тока, в том числе и с независимым возбуждением,

, (1.6.)

откуда . (1.7.)

1.5. Регулирование скорости вращения двигателя

Уравнение скоростной характеристики двигателя постоянного тока может быть получено путем преобразования уравнения электрического состояния якоря (1.4)

(1.8.)

Подставляя (1.7) в (1.8) получают выражение, описывающее механическую характеристику двигателя:

(1.9.)

Из уравнений (1.8) и (1.9) видно, что возможны три спосо­ба регулирования скорости вращения двигателя:

- включением добавочного сопротивления в цепь якоря;

- изменением магнитного потока;

- изменением напряжения, подводимого к якорю.

Включение в цепь якоря приводит к уменьшению скорос­ти вращения двигателя и к увеличению потерь мощности в реоста­те и понижению КПД двигателя.

Изменение магнитного потока позволяет регулировать скорость как в сторону повышения, так к в сторону понижения её. Причем повышать скорость можно не более как на 20% сверх номинальной, а уменьшение магнитного потока приводит к увеличению тока якоря двигателя, а он ограничен условиями коммутации и нагрева.

При размыкании цепи возбуждения в работающем двигателе ( , , ) вращающий момент, созда­ваемый в двигателе уменьшится до .

Если > , то двигатель пойдет в разнос, а если же < , то двигатель остановится и перейдет в режим к.з.

Регулирование скорости двигателя изменением напряжения возможно, только в сторону понижения её и требует два отдельных источника питания: для цепи якоря и для цепи возбуждения.