ЕЛЕКТРИЧНІ ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

9.1. Принцип дії 1 обертальний момент двигунів постійного струму

Електричні машини постійного струму, як і взагалі електричні машини, є оборотними, тобто вони без будь-яких конструктивних змін можуть працювати як генератори і двигуни.

Принцип дії електродвигунів грунтується на взаємодії магнітного поля статора Φ із струмом якоря І_я. Електромагнітний момент, який виникає при цьому, приводить якір в обертальний рух. Наявність колектора в двигунах постійного струму забезпечує зміну

Рис. 9.1. Принцип роботи двигуна постійного струму.

напряму струму в обмотках якоря при переході полюсів через геометричну нейтраль. Завдяки цьому обертальний момент залишається сталим за напрямом і величиною.

Якщо підвести до якоря двигуна постійну напругу U (рис. 9.1), то виникає обертальний електромагнітний момент М, напрям якого визначається за правилом лівої руки. Під впливом цього моменту якір двигуна почне обертатися в напрямі моменту з певним числом обертів n.

При обертанні якоря його провідники перетинатимуть силові лінії магнітного поля статора, і в них індукуватиметься е. р. с. Е, спрямована (за правилом правої руки) назустріч струму, тобто назустріч підведеній напрузі U. На цій підставі індуковану е. р. с. називають зворотною, або проти-е. р. с. Якщо в якийсь момент струм якоря становить Ія магнітний потік полюсів Φ і число обертів якоря n не змінюються за величиною, то рівняння е. р. с. для двигуна буде таке:

U – E = l_яR_я звідки U = E+l_яR_я

Отже, прикладена до двигуна напруга зрівноважується проти-е. р. с. двигуна і спадом напруги на активному опорі кола якоря R_я при проходженні по ньому струму І_я. Складову І_яR_я називають омічним спадом напруги в колі якоря.

Якщо обидві частини рівняння (9.1) помножити на I_я, то

UI_я = EI_я I_я²R

З рівняння видно, що підведена до якоря двигуна потужність дорівнює сумі електромагнітної потужності, що передається на вал двигуна ЕІ_я = Р_ем, і потужності, яка йде на покриття втрат у колі якоря І²_яR_я.

Електромагнітна потужність Р_ем більша від потужності на валу двигуна Р₂ на величину потужності, що витрачається при холостому ході Р_о,

Р_ем == Р₂ + Р_о- (9.3)

Якщо обидві частини рівняння (9.3) поділити на кутову швидкість обертання якоря ω - то матимемо рівняння моментів

M_eм == М₂ + Μ₀

Отже, обертальний електромагнітний момент двигуна М_ем дорівнює сумі двох моментів: корисного гальмівного М₂, створюваного приводом, і гальмівного при холостому ході М_о, який виникає внаслідок тертя всередині двигуна і втрат у сталі. Підставимо в рівняння електромагнітної потужності значення проти-е. р. с. з (8.16)

М_ем=С_мФІ_я

Ми дістали рівняння електромагнітного моменту двигуна постійного струму.

Потужність двигуна постійного струму

Р_ем = Μ_емω (Η м/с) = М_емω (Вт).

Якщо обертальний момент вимірюватиметься в кГм, то попередня формула перепишеться так:

Р_ем = 9,81 Μω (кГм/с) = 9.81Мω (Вт) = 1,028nМ (Βт). (9.7)

Формула електромагнітного моменту двигуна (9.5) аналогічна формулі (8.20) електромагнітного моменту генератора з тією різницею, що в генераторі момент є гальмівним, а в двигуні — обертаючим. З формули (9.5) видно, що зміна напряму обертання двигуна можлива при зміні напряму струму збудження І_зб в обмотці збудження або напряму струму в якорі І_я. При одночасній зміні напряму обох струмів напрям обертання двигуна не змінюється.