Машины постоянного тока

При вращении якоря в магнитном поле в его обмотке наводится эдс. Она осуществляет связь между электрической и механической системами, т.е. между отдачей энергии машиной и ее потреблением. В генераторном режиме под действием эдс во внешней цепи протекает ток. В двигательном режиме противоэдс уравновешивает большую часть приложенного напряжения сети.

Эдс обмотки якоря рассчитывают по закону электромагнитной индукции. При этом для одного проводника среднее значение эдс определяется выражением

, (6.7)

где – окружная скорость якоря:

. (6.8)

Выражение (6.7) с учетом (6.8) примет вид

, (6.9)

где – поток на полюс (полезный поток).

Обмотка в общем случае состоит из активных проводников и содержит параллельных ветвей, т.е. в каждой параллельной ветви последовательно соединено проводников (рис. 6.19). Эдс обмотки якоря при этом равна

, (6.10)

где – конструктивная постоянная для машины данного исполнения.

Если считать, что частота вращения , то (6.10) будет

, (6.11)

где .

Электромагнитный момент определяют на основе закона электромагнитного взаимодействия магнитного поля и проводника с током. Для одного проводника на поверхности якоря электромагнитная сила равна

, (6.12)

где – ток во внешней цепи по отношению к якорю.

. (6.13)

Если на полюсном делении проводников (рис. 6.19), то суммарный электромагнитный момент с учетом (6.8), (6.9) и (6.12) определяется выражением

. (6.14)

Выражения (6.11) и (6.14) используют в теории электропривода. Они справедливы как для генератора, так и для двигателя. В генераторном режиме ток в обмотке якоря совпадает по направлению с эдс, а момент является тормозным. В двигательном режиме эдс направлена встречно относительно тока в обмотке якоря, а момент является вращающим.

Электромагнитную мощность можно представить как

, (6.15)

где – угловая скорость идеального холостого хода.

Зубцы пазов, в которые уложена обмотка якоря, снижают магнитное поле в них. При этом уменьшаются электромагнитные силы, которые действуют непосредственно на проводники с током, а силы, приложенные к зубцам, возрастают [19].