4.9. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

К двигателю из сети подводится электрическая мощность Р₁, часть которой тратится на покрытие добавочных потерь Р_д, электрических потерь в цепи якоря, в том числе на контактах щеток Р_э.я=I²_аR_я и в цепи возбуждения Р_эв (рис. 4.29).

Рис. 4.29 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Тогда механическая мощность на валу

Р_м=Р₁-I²_аR_я-Р_эв-Р_д .

Полезная механическая мощность:

(4.48)

где Р₀- потери холостого хода.

4.10. Пуск двигателя. Вращающийся момент и основные уравнения двигателей постоянного тока

4.10.1 Пуск двигателя. Уравнение эдс двигателя

В момент включения двигателя якорь неподвижен и ток в нем

,

где R_Я – сопротивление цепи якоря.

Так как сопротивление цепи якоря R_Я мало, то пусковой ток I_ЯП значительно превышает номинальный ток I_НОМ (в 10÷20 раз), поэтому прямой пуск опасен.

В двигателях постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения в сопротивление цепи якоря входят сопротивления обмотки возбуждения, поэтому пусковые токи в этих двигателях меньше, чем в двигателях постоянного тока с параллельным возбуждением.

Как только , появится ЭДС>0, которая называется противо-ЭДС: .

(4.49)

(4.50)

Уравнение (4.50) называется уравнением ЭДС двигателя.

Для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включают добавочное сопротивление – пусковой реостат R_п и тогда

(4.51)

Рис. 4.30 Пуск двигателя постоянного тока:

а) электрическая схема;

б) пусковые характеристики.

При пуске желательно создавать в двигателе наибольший пусковой момент .

С этой целью обмотка возбуждения включается на полное напряжение сети, чтобы ток I в ней и Ф были максимальны.

При пуске R_п полностью введен; когда n=n₁, часть реостата выводится и т. д. (рис. 4.30, б).

Однако такой пуск не целесообразен, энергетически не выгоден, да и вся пусковая аппаратура громоздкая. Такой пуск можно выполнить для небольшого двигателя.

Лучше осуществлять пуск при пониженном напряжении, при дальнейшем увеличении U до U_ном .

4.10.2. Вращающий момент двигателя. Уравнение мощностей и моментов

Умножив уравнение (4.50) на ток якоря I_а, получим уравнение мощностей электродвигателя

(4.52)

где: -мощность, потребляемая двигателем из сети;

- полная механическая мощность двигателя;

- мощность потерь в цепи якоря.

Так как , где M – полный момент на валу двигателя,

- угловая частота, то

(4.53)

(4.54)

; ; ;

(4.55)

Тогда

(4.56)

для конкретной машины.

(4.57)

В установившемся режиме вращающий момент двигателя равен статическому моменту:

(4.58)

Для неустановившегося режима работы ( ) появляется динамический момент

где J-момент инерции всех вращающихся частей;

- угловое ускорение.

Знак момента зависит от знака ускорения

При увеличении частоты n динамический момент положительный ( ), и складываясь со статическим моментом М_ст, он увеличивает тормозной момент на валу двигателя.

При уменьшении частоты n динамический момент отрицательный ( ), поэтому общий тормозной момент уменьшается.

Тогда уравнение моментов двигателя постоянного тока

(4.59)