ЭДС якоря и электромагнитный момент машины постоянного тока

Процесс индуцирования электродвижущей силы в обмотке якоря. Рассмотрим процесс индуцирования электродвижущей силы (ЭДС) в обмотке якоря, проводники которой для. Простоты будем считать равномерно распределенными вдоль окружности якоря (рис. 8.10, а). При вращении якоря в проводниках, лежащих под полюсами N и S, индуцируются ЭДС противоположного направления. Проводники, в которых индуцируются эти ЭДС, расположены по обе стороны от геометрической нейтрали О—О —оси симметрии, разделяющей полюсы.

Рис. 8.10. Схема машины постоянного тока (а), упрощенная схема ее обмотки якоря (б) и векторная диаграмма индуцируемых в ней ЭДС (в): 1 — обмотка якоря; 2 — коллектор

Обмотка якоря выполнена в виде многофазной обмотки (рис. 8.10,б), состоящей из большого числа витков, подключенных к пластинам коллектора так, чтобы между каждой парой смежных коллекторных пластин был включен один или несколько витков. На коллектор накладывают щетки А и В, посредством которых вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней цепью. При вращении якоря между щетками А и В действует постоянная по величине ЭДС Е, равная сумме ЭДС, индуцированных во всех последовательно соединенных витках обмотки якоря, которые включены между щетками. Чтобы подать от обмотки якоря во внешнюю цепь максимальное напряжение, эту цепь нужно присоединить к двум точкам обмотки якоря, между которыми имеется наибольшая разность потенциалов. Такими точками при холостом ходе машины являются точки а и b (рис. 8.10,б), расположенные на геометрической нейтрали, где и следует устанавливать щетки А и В. При вращении якоря точки а и b смещаются с геометрической нейтрали, но к щеткам подходят новые точки обмотки, между которыми будет действовать ЭДС Е, поэтому ЭДС во внешней цепи неизменна по величине и направлению. Уменьшения пульсаций ЭДС Е при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую достигают путем установки большого числа коллекторных пластин; число коллекторных пластин, приходящихся на одну параллельную ветвь обмотки якоря, должно быть не менее восьми.

Электромагнитный момент. На якорь, по обмотке которого проходит ток Ia, действует электромагнитный момент

(8.5)

М = 0,5Fрез Da,

где Fрез — результирующая электромагнитная сила, возникаю-щая при взаимодействии тока с магнитным полем.

Сила Fрез представляет собой сумму усилий fx, приложенных ко всем активным проводникам обмотки якоря. При достаточно большом числе коллекторных пластин силу Fрез можно считать постоянной:

(8.6) N

Fрез = ∑ fx = Nfср = NBсрla ia = NBср la ia /(2a).

Здесь ia — ток в одной параллельной ветви (см. рис. 10.11). C учетом значений Вср электромагнитный момент

(8.7)М = pNФIa /(2πa) = смФIa,

где см = pN/(2πa) = 60се /(2π) — коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины. При работе машины в двигательном режиме электромагнитный момент является вращающим, а в генераторном режиме — тормозным.