5.4. Принцип действия электродвигателя постоянного тока

Машины постоянного тока обратимы, то есть могут работать либо в режиме генератора при механическом вращении якоря, либо в режиме электродвигателя при подаче электрического напряжения от сети в цепь возбуждения. На рис.5.17 изображена модель электродвигателя постоянного тока, устройство которого аналогично устройству генератора постоянного тока (рис.5.1).

При включении машины постоянного тока в сеть, напряжение U , поданное на щётки Щ1 и Щ2, вызовет ток в цепи якоря, представленной в виде рамки соединённой с пластинами К1 и К2 коллектора; одновременно появится ток в обмотке параллельного возбуждения , что вызовет магнитный поток Ф между полюсами N и S статора. При взаимодействии тока якоря с магнитным потоком Ф полюсов создается электромагнитный момент равный моменту , направление которого определяется по правилу левой руки. начнет вращать рамку якоря по часовой стрелке.

Рис.5.17. Модель электродвигателя постоянного тока

При этом электромашина станет работать в режиме электродвигателя. Но во всяком вращающемся магнитном поле, согласно электромагнитной индукции, в якоре наводится ЭДС . Следует отметить, что при вращении рамки якоря, в самой рамке возникают мгновенные значения тока и ЭДС e. Направление мгновенного значения тока определяется по правилу левой руки. Направление e определяется по правилу правой руки. ЭДС e в якоре двигателя имеет направление, противоположное . Поэтому называется противо ЭДС. Тогда по второму закону Кирхгофа:

, (5.4)

откуда

. (5.5)

Умножив выражение (5.5) на значение получим:

, (5.6)

где – полезная мощность, - электромагнитая мощность или мощность вращения, – мощность потерь.

Момент вращения или электромагнитный момент определяется по формуле:

[Н·м], (5.7)

где n [об/мин], ω [рад/с].

5.5. Электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения и их основные характеристики

На рис.5.18 изображена схема электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Рис.5.18. Электрическая схема электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения

В цепь якоря включен пусковой реостат , а в цепь шунтовой обмотки включен реостат возбуждения. Oбмотка возбуждения электродвигателя имеет большое сопротивление. Она состоит из большого числа витков тонкого провода. Обмотка якоря имеет небольшое сопротивление . При подаче постоянного напряжения ток двигателя определяется выражением .

В момент пуска двигателя последовательно с якорем полностью вводят пусковой реостат , тогда пусковой ток двигателя определяется выражением . При этом сопротивление подбирают так, чтобы выполнялось равенство . Номинальный ток указывается на щитке двигателя, тогда .

При вращении якоря двигателя в якорной обмотке возбудится ЭДС , где - конструктивная постоянная машины, - частота вращения якоря в об/с, Ф – величина магнитного потока, измеряемая в веберах. Направление противоположно .

Пусковой реостат включается во время пуска двигателя на (23)с до достижения частоты вращения якоря . Реостат при пуске выведен, а ток возбуждения максимален. С помощью реостата возбуждения устанавливают значение тока и выводят пусковой реостат .

Характеристика холостого хода двигателя при (рис.5.19) снимается без нагрузки.

При уменьшении тока возбуждения или магнитного поля статора частота вращения якоря будет увеличиваться, и двигатель может пойти "вразнос". Обрыв обмотки возбуждения ОВ приводит к возрастанию тока якоря и сгорания обмотки якоря.

Рис.5.19. Характеристика холостого хода электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Механическая характеристика двигателя при , (рис.5.20) снимается с нагрузкой на валу. При этом момент равен моменту вращения или электромагнитному моменту и определяется по формуле:

. (5.8)

Рис.5.20. Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока

Механические характеристики двигателей используются при проверке работоспособности приводов станков и машин.

Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока при , (рис.5.21) снимается с нагрузкой. Характеристика поволяет стабилизировать частоту вращения двигателя.

Рис.5.21. Регулировочная характеристика электродвигателя постоянного тока