2. Предварительная подготовка

Машина может работать двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной.

Рис. 1 Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

На обмотку возбуждения подается напряжение постоянного тока для образования магнитного потока. Его направление определяется правилом правой руки.

Через четки и коллектор подается напряжение на обмотку якоря. По обмоткам якоря потечет ток якоря. Проводники с током якоря находятся в магнитном поле индуктора, при этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы, их направление определяется правилом левой руки)

Эти силы создают электромагнитный момент Мэ, якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент М_Э при этом является движущим и действует в направлении вращения. Электрическая энергия, поступающая из сети превращается в механическую и машина работает электродвигателем.

Проводники обмотки якоря двигателя вращаются в магнитном поле, обмотки якоря при вращении пересекаются магнитным полем индуктора и поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется э. д. с. Е_а. Ее направление определяют правилом правой руки. В двигателе э. д. с. якоря Е_а направлена против тока I_Я, и приложенного к зажимам якоря напряжения U_a. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется противоЭДС (встречной).

- падение напряжения в обмотках якоря.

ЭДС, наводимая в якоре, меньше напряжения на его зажимах на величину падения напряжения в обмотках якоря.

При взаимодействии тока I_я. с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент

      где C_M - коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.       На рис. 2 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.

Ток в проводнике направлен от нас. Направление электромагнитного вращающего момента определится по правилу левой руки. Якорь вращается против часовой стрелки. В проводниках якорной обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется правилом правой руки. Эта ЭДС направлена встречно току якоря, ее называют противо-ЭДС.    

Рис. 2

       В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент М_эм уравновешивается противодействующим тормозным моментом М₂ механизма, приводимого во вращение.

     На рис. 3 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа ,

откуда

      .  

Это уравнение называется основным уравнением двигателя.

   

     

Рис.3

       Из основного уравнения двигателя можно получить формулы:

                  

       Магнитный поток Ф зависит от тока возбуждения I_в, создаваемого в обмотке возбуждения. Из формулы видно, что частоту вращения двигателя постоянного тока n₂ можно регулировать следующими способами:

1. изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;

2. изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;

3. изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

    Чтобы изменить направление вращения двигателя  на обратное  (реверсировать двигатель), необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или индуктора.

Для определения электромагнитного момента, развиваемого двигателем, можно пользоваться формулой: . В этой формуле магнитный поток выражается в веберах (Вб), ток якоря в амперах (А), тогда момент получается в ньютон-метрах (нм).

Условия работы электродвигателей.

1. Совпадение по направлению электромагнитного момента и частоты вращения якоря это характеризует отдачу машиной в механической энергии.

2. Возникновение в проводниках якоря против – ЭДС направлено против внешнего напряжения и тока и с него вытекает необходимость потребления извне электрической энергии.

Главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.