ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Работа электрических машин основана на физических законах электромагнитной индукции и действия электромагнитных сил. Согласно этим законам на проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет действовать сила, стремящаяся вытолкнуть его из магнитного поля.
Для работы любого электродвигателя является необходимым наличие взаимодействия магнитного поля и проводников, по которым проходит ток. Момент электромагнитных сил, приводящий в движение якорь электродвигателя, пропорционален магнитной индукции, длине проводника и проходящему по нему току; направление момента легко определить по правилу левой руки.
На рисунке выше приведена схема, показывающая принцип действия электродвигателя постоянного тока. Два неподвижных полюса магнита 1 создают магнитный поток, направленный от северного полюса N к южному S. В пространстве между полюсами расположена вращающаяся часть двигателя, называемая якорем, с обмоткой из одного витка 2. Концы витка присоединены к переключающему устройству — коллектору 3, выполненному в виде двух полуколец, на которые через щетки 5 подается напряжение от источника постоянного тока 4. При подключении щеток двигателя к источнику тока в витке обмотки, помещенном в магнитное поле, начинает идти ток I. С возникновением тока в витке возникают электромагнитные силы F, стремящиеся повернуть виток относительно оси ОIО. При повороте витка с полукольцами па 90° ток в витке изменит направление на противоположное. Следовательно, при вращении витка ток в проводнике через каждые пол-оборота изменяет свое направление, что позволяет сохранить постоянное направление вращения якоря. Вращающий момент (н • см) можно определить по формуле:
где Р — мощность на валу электродвигателя, вт
n — скорость вращения якоря, об/мин.
Потребляемый электрическим двигателем ток зависит от режима работы. Так, при неподвижном якоре ток, потребляемый электродвигателем, определяется по закону Ома и зависит от напряжения источника тока и суммы сопротивлений обмоток и щеточно-коллекторного перехода:
где U — напряжение источника тока, в;
R — сопротивление двигателя, ом
I — потребляемый электрическим двигателем ток, а.
Этот режим называют режимом короткого замыкания электродвигателя.
Режим короткого замыкания возникает в первый момент включения двигателя, затем ток начинает уменьшаться до некоторой величины, достигая своего наименьшего значения при отсутствии на валу нагрузки. Режим работы электродвигателя, при котором вал не нагружен, называют режимом холостого хода.
Уменьшение потребляемого электродвигателем тока при переходе от режима короткого замыкания к режиму холостого хода объясняется тем, что при вращении якоря в магнитном поле в витках его обмотки наводится э.д.с, направленная против напряжения источника тока, питающего двигатель. Потребляемый электродвигателем ток определяется по формуле:
где Е — э. д. с, наводимая в витках обмотки якоря при его вращении, в.
Электродвигатель постоянного тока легко заставить вращаться в противоположную сторону, для чего обычно достаточно изменить полярность подключения источника тока к обмотке якоря.
На рисунке выше показана схема, обеспечивающая при помощи трехпозиционного тумблера остановку и включение вращения якоря в двух направлениях, то есть реверсирование электродвигателя.
Развитие полупроводниковой техники создало предпосылки для создания двигателей постоянного тока без коллектора и щеток. Функции механического переключателя — коллектора со щетками — выполняют в этом случае транзисторные переключатели. Такой электрический двигатель получил название бесколлекторного двигателя постоянного тока. Бесколлекторные двигатели постоянного тока имеют ряд преимуществ перед обычными электродвигателями постоянного тока. Эти преимущества выражаются увеличением времени работы двигателей, повышением их надежности, отсутствием износа щеток, искрения и радиопомех. И хотя бесколлекторные двигатели постоянного тока имеют несколько большие габариты и массу за счет полупроводникового переключателя, они находят широкое применение в системах автоматики и в качестве основного двигателя — на авто- и судомоделях.
Материал взят из книги "Модельные двигатели" Зуев. В.П
Похожие материалы: