Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Вначале рассмотрим взаимодействие проводника с током и манитного поля. Вокруг проводника образуется магнитное поле, когда через проводник течет ток. Если поместить проводник с током во внешнее магнитное поле то произойдет взаимодействие полей проводника и внешнего поля.

На рисунке показано взаимодействие магнитного поля проводника и внешнего магнитного поля постоянного магнита. Справа от проводника силовые линии двух полей совпадают и усиливают друг друга. Слева силовые линии полей противоположно направлены и взаимно уничтожаются. Возникает выталкивающая сила, действующая в сторону ослабленного поля. Силовые линии результирующего поля " как пружины" выталкивают проводник с током. Направление выталкивающей силы определяется по правилу "левой руки". Величина выталкивающей силы определяется по формуле

F = B*L *I

Где F – величина выталкивающей силы, Н;

B – магнитная индукция поля, Т;

L - длина проводника, м;

I – сила тока в проводнике.

Ниже на рисунке показан якорь, обмотки якоря в виде двух проводников и магнитное поле полюсов. В результате взаимодействия полей обмотки якоря и полюсов возникают выталкивающие силы F. Пара сил образует крутящий момент и якоь начинает вращаться.

На рисунке показана принципиальная схема Э.Д. постоянного двигателя с параллельной обмоткой возбуждения. При подачи напряжения (U), ток (I) потечет по двум параллельным цепям, через обмотку якоря (Iя) и через обмотку возбуждения (Iов). Ток создает электромагнитные поля между полюсами двигателя и магнитное поле вокруг якоря. В результате взаимодействия этих полей образуются выталкивающие силы, действующие на проводники обмотки якоря. Сумма выталкивающих сил образует крутящий момент якоря. Якорь электродвигателя начинает вращаться.

Рисунок 1. Схема электродвигателя постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения.

Якорь вращается в магнитном поле полюсов и в обмотке якоря индуктируется ЭДС (как в генераторе). ЭДС якоря противоположна току якоря и ослабляет его.

Где Iя – ток якоря;

U – напряжение питания;

Ея – ЭДС якоря;

Rя – активное сопротивление обмотки якоря.

Рисунок 2. Образование ЭДС в якоре при его вращении.

ЭДС якоря – это индуктивное сопротивление обмотки якоря. Таким образом, протеканию тока в якоре препятствуют активное сопротивление Rя и индуктивное сопротивление, обусловленное действием ЭДС якоря. ЭДС якоря часто называют "противо-ЭДС".

Ея = Се Ф ω

Где Ея – ЭДС якоря;

Ф - магнитный поток поля полюсов;

ω – угловая скорость вращения;

Се – коэффициент зависящий от конструкции машины.

При пуске электродвигателя якорь неподвижен (ω = 0) и ЭДС в якоре не индуктируется. В это время ток в якоре возрастает в 5 – 8 раз, так как ток ограничивается только активным сопротивлением Rя. Пусковой ток электродвигателей небольшой мощности не оказывает большого влияния на источники тока энергосистемы вагона. Электродвигатели большой мощности создают недопустимо большие значения пусковых токов. Например, рабочий ток электродвигателя составляет 20 ампер. Тогда значение пускового тока достигает 100 – 160 ампер. Так как максимальный ток подвагонного генератора вагона без УКВ составляет 120 ампер, то пусковой ток такого электродвигателя полностью загрузит и перегрузит генератор.