7.4.2 Ерс обмотки якоря й електромагнітний момент.

Зразкова крива розподілу індукції в повітряному зазорі під одним полюсом показана на рис. 7.11. За краями наконечника полюса індукція різко зменшується й стає рівної нулю посередині між полюсами. Потік одного полюса

де - довжина полюса в осьовому напрямку;

- середнє значення індукції в зазорі в межах одного полюсного поділу.

Середнє значення ЕРС індукується в одному провіднику обмотки якоря, який рухається з лінійною швидкістю v, дорівнює

Рис. 7.11. Розподіл магнітної індукції під полюсом

Якщо загальне число провідників якоря дорівнює N, то в одній паралельній галузі послідовно з'єднане провідників, де а - число пар паралельних віток.

Тому ЕРС. машини визначається виразом

Лінійну швидкість й полюсний розподіл можна виразити через діаметр якоря D:

де - частота обертання якоря;

р - число пар полюсів.

З урахуванням цих відносин одержуємо

У виготовленій машині значення р, N і а постійні, тому

. (7.16)

Струм у будь-якому провіднику обмотки якоря дорівнює току в одній паралельній вітці:

де - струм, який споживається двигуном або віддається генератором.

Середнє значення електромагнітної сили, що діє на провідник,

.

Електромагнітний момент (у ньютон-метрах), що розвивається всіма провідниками обмотки якоря,

. (7.18)

7.4.3 Електричні двигуни постійного струму.

Якщо збудити машину постійного струму й підключити якір до мережі, вона починає працювати двигуном. Двигуни працюють, як правило, при незмінній напрузі мережі. Лише в спеціальних випадках, коли потрібне регулювання швидкості (частоти обертання ω) двигуна в широких межах, напруга на його затискачах змінюється.

Рис. 7.12. Криві моменту опору й обертаючого моменту двигуна

З'ясуємо умови стійкої роботи двигуна. На рис. 7.12 зображена залежність статичного моменту опору на валу двигуна, що збільшується зі зростанням швидкості. Припустимо, що електромагнітний момент двигуна також зростає зі збільшенням швидкості, але повільніше статичного моменту (суцільна лінія). Точка перетину кривих відповідає роботі двигуна з постійною швидкістю, тому що момент опору врівноважується електромагнітним моментом. Якщо за якимись причинами швидкість двигуна збільшиться, момент опору стане більше електромагнітного і якір загальмується. При зменшенні швидкості електромагнітний момент перевищить момент опору й двигун буде прискорюватися, поки його швидкість не прийме колишнє значення. Робота буде стійкою.

Якщо електромагнітний момент (штрихова крива ) зростає швидше моменту опору, то він може стати більше моменту опору й двигун буде безупинно розганятися. При зменшенні електромагнітного моменту переважає момент опору й двигун загальмується. Робота буде нестійкою. Для стійкої роботи двигуна необхідно, щоб електромагнітний момент зростав повільніше моменту опору:

Двигуни постійного струму мають властивість саморегулювання - при зміні навантаження автоматично встановлюється нове значення швидкості, при якій двигун працює стійко. Роль регулятора відіграє проти-ЕРС, що виникає в обмотці якоря. У сталому режимі струм, споживаний двигуном, визначається моментом на валу:

З основного рівняння двигуна

,

виходить, що швидкість визначається електромеханічною характеристикою

При підстановці вираз (7.20) в (7.21) одержимо механічну характеристику двигуна: