Принцип действия двигателей постоянного тока

Принцип действия двигателей постоянного тока основан на явлении выталкивания проводника с током из магнитного поля полюсов. При подаче напряжения на обмотку возбуждения(1) и обмотку якоря(2) двигателя, обмотка возбуждения создает основной магнитный поток (Ф₀)в котором будут находится проводники с током обмотки якоря. При этом на проводники с током обмотки якоря действуют выталкивающие силы, определяемые по правилу левой руки. Эти силы создают вращающие моменты витков, они направлены в одну сторону, поэтому складываются и образуют общий вращающий момент М_вр двигателя

М_вр = С_мФ_оI_я (1)

где:

С_м – конструктивная постоянная машины, зависит от количества активных сторон или проводников обмотки якоря N, диаметра якоря D_я и от числа пар полюсов Р.

Ф_о – основной магнитный поток, созданный полюсами машины.

I_я – ток якоря.

Под действием вращающего момента якорь двигателя начинает вращаться, при этом на его вал будут действовать силы сопротивления: трение о воздух, трение в подшипниках, сопротивление от рабочего механизма. Эти силы создают момент сопротивления Мс, направленный встречно вращающему моменту.

Существует 3 режима работы двигателя:

1. М_вр > М_с, тогда частота вращения якоря n – увеличивается.
2. М_вр < М_с, n – уменьшается.
3. М_вр = М_с, n – постоянная.

При вращении якоря его проводники пересекают магнитные силовые линии магнитного поля полюсов, поэтому в них индуцируется ЭДС. ЭДС всех витков складывается и образуется общая ЭДС машины - Е.

Е = С_ЕФ_оn (2)

Данная ЭДС зависит от конструктивной постоянной машины С_Е (т.е. от числа параллельных ветвей а, на которое обмотка якоря делится щетками, от числа активных проводников обмотки якоря N и от числа пар полюсов Р), основного магнитного потока (Ф) и от частоты вращения якоря (n). Эта ЭДС в двигателе направлена против тока якоря и определяется по правилу правой руки, поэтому ее называют противоЭДС, и она направлена встречно приложенному к обмотке якоря напряжению.

В двигателях напряжение всегда больше противоЭДС, а значит напряжение будет расходоваться на преодоление противоЭДС и на падение напряжения в обмотке якоря, что выражается формулой

U = Е + I_яR_я (3)

Из этой формулы можно вывести закон Ома для двигателей постоянного тока

I_я = (U – Е) / R_я (4)

Для определения от чего зависит частота вращения двигателя, воспользуемся формулой (2). Так как противоЭДС невозможно измерить никакими приборами, то ее можно математически выразить из формулы (3)

Е = U – I_яR_я (5)

Подставляя в формулу (5) вместо противоЭДС ее математическое выражение, получаем окончательную формулу зависимости частоты вращения

n = (U – I_яRя) / С_ЕФ