Основные электрические процессы при работе электродвигателя

Когда двигатель подключен к источнику тока, то в обмотке его якоря и обмотке главных полюсов возникает ток; появится магнитный поток полюсов. Благодаря взаимодействию магнитного потока и тока обмотки якоря будет создан вращающий момент, приводящий якорь в движение.

Величина вращающего момента определяется по формуле:

M = C_м IΦ,

где C_м – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивного

выполнения двигателя;

I – ток в якорной обмотке двигателя;

Φ– магнитный поток двигателя.

При пуске двигателя обычно ток якоря и магнитный поток полюсов имеют большие значения; поэтому вращающий момент будет значителен и вращение якоря будет происходить с ускорением.

Во время вращения якоря проводники его обмотки пересекают магнитные силовые линии магнитного потока полюсов. Согласно закону электромагнитной индукции в проводниках при этом наводится электродвижущая сила, которая называется противо-э.д.с., потому что она направлена против направления тока в проводниках обмотки якоря или против приложенного к двигателю напряжения. Под влиянием противо-э.д.с. будет уменьшаться величина тока в двигателе. Если при отсутствии противо-э.д.с. в начальный момент движения якоря ток двигателя определяется по по закону Ома I = U / R_{д в},

то при возникновении противо-э.д.с величина тока будет определятся по формуле

I = (U – E) / R_{д в},

Следовательно, чем больше противо-э.д.с., тем меньше будет ток. При уменьшении тока снижается величина вращающего момента двигателя. При какой-то скорости возрастание противо-э.д.с. вызовет такое ослабление тока и вращающего момента, что установится равновесие между величиной вращающего момента двигателя и величиной момента сопротивления ( от сопротивления движению электровоза и поезда ), тогда ускорение якоря прекратится и он будет вращаться с равномерной скоростью. По обмотке якоря при этом будет протекать ток определённой величины.

Таким образом, противо-э.д.с. является в двигателе как бы автоматическим регулятором скорости, величины тока и вращающего момента. Скорость вращающего момента ( скорость двигателя) будет устанавливаться определенная в соответствии с приложенным к нему напряжением и величиной магнитного потока.

n = U_к – I R _{д в} / C_е Φ ,

где U_к – напряжение на коллекторе двигателя;

I – ток двигателя;

R_дв – внутреннее сопротивление обмоток двигателя;

C_е – постоянный коэффициент;

Φ – магнитный поток двигателя.

Реакция якоря.

Явление реакции якоря заключается в том, что при прохождении тока по обмотке якоря в его сердечнике образуется магнитный поток, направленный поперёк основного магнитного потока главных полюсов двигателя. Воздействие потока якоря на поток полюсов вызывает искажение основного потока, в результате чего магнитная нейтраль как бы поворачивается и не совпадает с геометрической нейтралью полюсной системы. Для нормальной бескорыстной работы двигателя нужно, чтобы щетки находились в соединении с теми стержнями обмотки якоря, которые в этот момент располагаются на магнитной нейтрали. Но фактически в двигателе их приходится ставить на геометрической нейтрали, чтобы двигатель работал в одинаковых условиях при обоих направлениях вращения якоря. Поэтому при нагрузке двигателя витки обмотки якоря, находящиеся под щетками, будут пересекать магнитные силовые линии; вследствие этого в них наводится э.д.с., под действием которой возникнут ток и искрение под щётками, что обязывает соблюдать определённое соотношение между величиной тока якоря и величиной тока возбуждения при всех режимах работы двигателя.