Принцип действия и уравнения равновесия ЭДС двигателя постоянного тока

Принцип действия двигателей постоянного тока основан на физических законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил.

Предположим, что к зажимам двигателя (рис. 3.1) подведено напряжение U= const. При заданной полярности и направлении тока 1а в обмотке (обмотка якоря показана только одним проводником) на проводник будет действовать электромагнитная сила /э„, направление которой определяется по правилу левой руки. Под действием электромагнитной силы F3M на валу двигателя возникает электромагнитный момент М, направленный против вращения часовой стрелки. Под действием момента двигатель вращается с некоторой постоянной скоростью п (для генератора электромагнитный момент является тормозным относительно первичного двигателя). Как известно, в проводнике (обмотке) якоря наводится ЭДС Еа (направление индуцированной ЭДС определяется по правилу правой руки).

Преобразование электрической энергии в механическую во всех двигателях можно наглядно показать с помощью энергетической диаграммы (рис. 3.2), где Л = Щ1а + /в) = Ш — полная

N

п

Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Рис. 3.2. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Рис. 3.1. Направление противоЭДС в двигателе

электрическая мощность, подводимая к двигателю; Ши мощность потерь в цепи возбуждения; 1 Яа мощность потерь в цепи якоря; Рхх — мощность потерь холостого хода; Рмсх = Рэмполная механическая мощность; Рш электромагнитная мощность; Р2 полезная механическая мощность на валу.

Нетрудно убедиться, что индуцированная ЭДС направлена встречно относительно тока 1а, а следовательно, и относительно подведенного к обмотке якоря напряжения. На этом основании ЭДС Еа называют обратной или противоЭДС. Поэтому приложенное к двигателю напряжение {Убудет уравновешиваться противоЭДС Еа и падением напряжения в цепи якоря, а уравнение электрического равновесия будет иметь следующий вид:

(3.1)

U - Еа+ IaRa.

В общем случае последовательно с обмоткой якоря может быть включено добавочное, например, регулировочное, сопротивление Rp. Тогда

и = Еа+ Ia(Ra + Rp) = СепФ + Ia(Ra + Rp) (3.2)

и

j = U~Ea _ U -СепФ

" <«„ + «„) (Л„ + Лр)'

Уравнения (3.1) и (3.2) являются уравнениями равновесия ЭДС двигателя постоянного тока при п = const. Необходимо отметить, что при номинальном режиме работы приложенное напряжение U на 90—97% уравновешивается противоЭДС.

В общем случае в системах автоматического управления двигатель работает в переходном режиме, при котором ток в якоре 1а противоЭДС Еа и скорость вращения п непрерывно меняются. В этих условиях в цепи якоря возникает ЭДС

eL = ~La

di

а

dt

где — индуктивность цепи якоря.

Тогда с учетом переходного процесса уравнение равновесия ЭДС может быть записано в следующем виде:

di

а

U~ea+iaRa+La д *

(3.3)

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >