Электродвигатель постоянного тока

Если в машине постоянного тока, создать ток от внешнего источника, то ее якорь приходит во вращение. Поэтому коллекторные машины могут служить как генераторами, так и двигателями, т.е. они обратимы.

Для лучшего уяснения превращения энергии в генераторах и двигателях рассмотрим силы, действующие на якорь. На рис.8 схематически изображена машина постоянного тока, работающая в качестве генератора (а) и в качестве двигателя (б).

В случае генератора направление тока индукции в якоре определяется законом Ленца: у северного полюса ток направлен от чертежа к читателю, а у южного полюса – от читателя за чертеж. На проволоки якоря действуют электродинамические силы, которые пропорциональны току якоря. Они стремятся вызвать вращение якоря по часовой стрелке, т.е. в сторону, противоположную вращению генератора. Для поддержания вращения якоря необходимо действие внешних сил, равных по величине и противоположных по направлению, которые создаются двигателем, вращающим генератор. Поэтому двигатель непрерывно производит механическую работу против электродинамических сил, которая тем больше, чем сильнее ток, отбираемый от генератора, и мы имеем, следовательно, превращение механической работы двигателя в электрическую энергию.

При работе машины в качестве электродвигателя внешнего двигателя нет и на обмотку якоря действуют только электродинамические силы, под действием которых якорь приходит во вращение. В этом случае работу совершают электродинамические силы, и мы имеем превращение электрической энергии источника, питающего двигатель, в механическую работу. Из рис. 8 видно, что при одинаковом направлении вращения генератора и электродвигателя направления токов в якоре противоположны.

При вращении якоря двигателя его обмотка пересекает линии индукции магнитного поля, и поэтому в ней возникает э.д.с. индукции e. Эта э.д.с., как разъяснялось выше, стремится создать ток, противоположный току якоря, и поэтому она получила название противоэлектродвижущей силы. Сила тока в якоре зависит как от напряжения U на якоре, так и от противоэлектродвижущей силы (закон Ома для участка цепи с э.д.с.):

U-e

iя = rя,

где rя - сопротивление якоря.

Противоэлектродвижущая сила уменьшает ток якоря. При работе двигателя без нагрузки (холостой ход) скорость вращения якоря велика и противоэлектродвижущая сила лишь немного меньше напряжения U. Поэтому ток холостого хода мал. При увеличении нагрузки скорость якоря уменьшается и противоэлектродвижущая сила падает. В соответствии с этим ток, потребляемый двигателем, увеличивается, и тем больше, чем сильнее нагрузка.

Это обстоятельство приходится учитывать при пуске двигателя. В момент пуска якорь не вращается вовсе и противоэлектродвижущая сила равна нулю. Поэтому в первые моменты после пуска ток якоря может оказаться настолько большим, что вызовет порчу обмотки и пластин коллектора. Для устранения этого явления при пуске мощных двигателей всегда употребляют так называемые пусковые реостаты, которые включают последовательно с двигателем и выводят постепенно, по мере роста числа оборотов двигателя.