Электродвижущая сила индукции и электромагнитный момент машин постоянного тока

Формулы определения ЭДС и электромагнитного момента одинаковы как для двигателей, так и для генераторов. Роли этих величин в двигателях и генераторах различны.

Генератор.

За счет ЭДС появляется напряжение на зажимах генератора и соответственно напряжение на приемнике электрической энергии. Направление ЭДС, напряжения и тока одинаково.

В соответствии с правилом Ленца электромагнитный момент будет направлен против движения и будет тормозным.

Двигатель.

Электромагнитный момент является вращающим моментом.

ЭДС индукции в машине постоянного тока возникает при движении проводника в постоянном магнитном поле. Эта ЭДС переменная, но благодаря коллектору по отношению к выводам машины она преобразуется в постоянную.

,

где l – длина проводника;

v – линейная скорость движения проводника;

B_ср – средняя магнитная индукция в воздушном зазоре.

ЭДС обмотки якоря пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку возбуждения:

,

где с_е – постоянный коэффициент определяемый конструктивными параметрами машины, он не зависит от режима работы машины.

В этой формуле определяется среднее значение ЭДС. Мгновенное значение ЭДС изменяется во времени.

Электромагнитный момент М_э в машине постоянного тока возникает при взаимодействии проводника с током и магнитного поля. Электромагнитная сила, которая действует на один провод:

;

;

;

,

где I_я – ток якоря.

Ток. Частота вращения. Саморегулирование двигателей постоянного тока.

Составим второе уравнение Кирхгофа для цепи якоря электродвигателя.

Эквивалентная схема замещения цепи якоря.

U – напряжение источника питания;

I_я – ток якоря;

r_я – сопротивление проводников обмотки якоря;

E – ЭДС индукции наводимая в проводниках обмотки якоря при их движении в постоянном магнитном поле. Эта ЭДС направлена против тока якоря и называется противоЭДС.

;

.

Двигателям постоянного тока, как и всем двигателям присуще свойство саморегулирования. Свойство саморегулирования заключается в том, что двигатель самостоятельно развивает такой вращающий момент, который требует от него рабочая машина.

M_с – тормозной момент, момент сопротивления рабочей машины. Его физическая природа зависит от типа рабочей машины.

.

В соответствии со вторым законом Ньютона ускорение равно нулю.

Предположим, что под действием внешних факторов момент сопротивления увеличился M'_с > M_с. В этом случае под действием более высокого тормозного момента скорость двигателя будет уменьшаться. Уменьшение скорости вызовет уменьшение ЭДС индукции E. Уменьшение индукции приведет к увеличению тока якоря

.

Электромагнитный момент M_э увеличится. Вновь наступит равновесие M'_э = M'_с.

Саморегулирование закончиться при:

.

Однако при таком токе двигатель постоянного тока выйдет из строя из-за нарушения работы коллектора. Обычно двигатели постоянного тока рассчитываю таким образом, чтобы они кратковременно выдерживали ток I_я = (2-2,5)·I_ном.