Принцип действия двигателя постоянного тока

Обмотки якоря и возбуждения двигателя постоянного тока (ДПТ) подключаются к источникам постоянного напряжения. Допустим, что направление тока в проводниках обмотки якоря такое, как указано на рис. 12.32, а.

Проводники якоря с током будут находиться в неподвижном магнитном поле, созданном постоянным током в обмотке возбуждения, полюсы N—S. Поэтому в соответствии с законом Ампера на проводники действуют электромагнитные силы F_3M, приложенные к якорю. По правилу левой руки электромагнитные силы F_3M (12.32) создают вращающий электромагнитный момент. Под действием этого момента якорь двигателя будет вращаться. Если вращающий момент равен моменту сопротивления механизма на валу: М_эм=М_с, то скорость якоря со постоянна. Вращающимся магнитным полем в обмотке якоря наводится ЭДС. Определив направление ЭДС в проводниках якоря по правилу правой руки установим, что оно противоположно направлению тока.

Поэтому ЭДС якоря двигателя часто называют противо-ЭДС. Схема замещения цепи якоря двигателя представлена на рис. 12.32, б. Напряжение, приложенное к якорю, уравновешивает противо-ЭДС и падение напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря Я_я:

Из (12.66) ток якоря двигателя.

Уравнение баланса мощностей якоря двигателя имеет вид

Рис. 12.32. Принцип действия двигателя (а), и схема замещения цепи якоря двигателя (б) Из формулы (12.68) следует, что электрическая мощность Р_Э=Ш превращаются в электромагнитную мощность Р_ЭМ=Е1 и мощность потерь в обмотке якоря 1²Я_я. Электромагнитная мощность равна механической мощности, развиваемой двигателем:

Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент двигателя

Электродвижущая сила якоря машины постоянного тока Е равна сумме мгновенных ЭДС е_; проводников одной из параллельных ветвей обмотки якоря. Если общее количество проводников якоря равно N, количество параллельных ветвей 2а, то ЭДС в одной ветви, содержащей N

— проводников 2 а

А — т где v ⁼ 2 ⁰³ — линейная скорость движения проводника; I — активная длина проводника.

На рис. 12.30 показано распределение нормальной к поверхности.

N/2a

якоря составляющей магнитной индукции В_п. Сумму? можно.

1=1.

выразить через среднее значение магнитной индукции В_ср на полюсном делении т:

Ф где В_ср = —; Ф — магнитный поток полюса.

ТI N/2а

Подставив выражения для v, ^ Ду> приведенные выше, и т из (12.65) в (12.70), получим: 1⁼¹

где со — круговая частота вращения якоря, 1/с. pN

Обозначим К_Е =—— получим:

2па

Таким образом, ЭДС якоря пропорциональна частоте его вращения и магнитному потоку полюса машины.

Электромагнитный момент машины.

где Р_эм =Е1 — электромагнитная мощность.

Подставив выражение (12.72) для Е в (12.74) получим.

pN.

Обозначив К_м =——, получим 2 па

Таким образом, электромагнитный момент машины постоянного тока пропорционален магнитному потоку полюса и току якоря. Он является вращающим моментом двигателя.

Направление вращения якоря двигателя можно изменить на обратное, изменив направление вращающего момента. Из формулы (12.76) следует, что его знак изменится, если изменится направление тока в якоре или направление магнитных потоков полюсов.

Сравнение коэффициентов К_Е и К_м, показывает, что при оперировании частотой со, они равны. Поэтому далее принято К_Е — К_м — К.

Двигатели постоянного тока различаются способами создания магнитного потока: с независимым возбуждением — магнитный поток создается независимой обмоткой возбуждения; последовательным возбуждением — обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря; со смешанным возбуждением — две обмотки возбуждения: одна включается последовательно с обмоткой якоря, а вторая — независимая обмотка; с возбуждением от постоянных магнитов — магнитный поток создается специальными постоянными магнитами.

Ниже рассматриваются характеристики и их расчет для ДПТ с различными способами создания магнитного потока.