Электродвигатель постоянного тока (motor DC) 12, 24, 220 вольт

Электрические двигатели используются повсюду. Почти все электромеханические механизмы, которые мы видим вокруг нас, приводятся в работу двигателем переменного или постоянного тока. Электродвигатель постоянного тока (motor DC) или ДПТ – это устройство, которое превращает электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока работает по следующему принципу: проводник, по которому протекает ток помещается в магнитное поле, на него начинает действовать крутящий момент, вследствие чего он начинает вращаться. Если направление электрического тока в проводнике обратное, тогда направление вращения тоже обратное. Когда магнитное поле и электрическое поле взаимодействуют, они создают механическую силу, и на этом базируется принцип работы двигателя постоянного тока (ДПТ).

Направление крутящего момента дпт определяется правилом левой руки Флеминга, которое утверждает, что если указательный палец представляет направление магнитного поля, средний палец показывает направление электрического тока, тогда большой палец укажет направление силы вала двигателя пт.

Направление крутящего момента по правилу Флеминга

Структурно и с точки зрения конструкции ДПТ есть точно тоже, что и генератор постоянного тока (ГПТ), но с точки зрения электрики он совершенно противоположный. Тут, в отличие от генератора, мы подаем электрическую энергию во вход и получаем механическую энергию с выходе. Мы можем это представить диаграммой показанной ниже.

Диаграмма работы ДПТ

Здесь в двигателе DC (постоянного тока) подача напряжения Е и тока I поступает на вход и мы получаем механическое вращение на выходе, то есть крутящий момент Т и скорость w на валу. Вход и выход связаны между собой коэффициентом K.

Таким образом, из выше показанного рисунка мы можем очень хорошо видеть, что ДПТ представляет собой механизм противоположный генератору постоянного тока, и мы можем получить как вращательное (механическое) так и генераторное действие с одной и той же машины с помощью реверсирования входа и выхода.

Детальное описание ДПТ

Чтобы понять более детально, что такое двигатель ПТ, давайте посмотрим на ниже представленную диаграмму.

Детальная диаграмма работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока представлен кругом в центре (DC Motor), на который установлены щетки (brush) и к которым мы подключены внешние клеммы. На эти клеммы подается напряжение. На механической клемме мы видим вал, который выходит из двигателя и присоединен к якорю, а вал якоря прикреплен к механическому грузу. К клемме напряжения подключено сопротивления обмотки якоря Ra. Теперь напряжение Е на входе будет использоваться щетками. Электрический ток, который проходит по ротору якоря через щетки в присутствии магнитного поля дает крутящий момент Tg. Благодаря этому крутящему моменту Tg, якорь двигателя DC начинает вращаться.

Поскольку проводники якоря проводят ток и якорь проворачивается в середине статического магнитного поля, он также вырабатывает электродвижущую силу (ЭДС) Eb способом очень похожим к тому, как это делает генератор. Сгенерированное ЭДС Eb направлено в противоположною сторону к поданному напряжению и известно как обратное ЭДС или противоЭДС, поскольку противодействует напряжению направленному вперед. Обратное ЭДС, как и в случае с генератором представлено формулой:

Eb= (P*?*Z*N)/(60*A), где:

P = число полюсов;
? = поток по полюс;
Z = количество проводников;
A = количество параллельных потоков;
N = скорость двигателя ПТ.

Таким образом в выше представленной формуле мы видим Eb пропорционально скорости N. То есть, всякий раз когда ДПТ вращается в конце концов он производит обратную ЭДС.

Теперь давайте представим скорость ротора как ? в рад/сек. Тогда Eb будет пропорциональна ?. То есть, когда скорость двигателя падает при использовании груза, Ebуменьшается. Таким образом, разница напряжения между тем, которое подается и обратным ЭДС увеличивается и это означает, что E ? Eb растет. Благодаря этой увеличенной разнице напряжения, ток якоря будет возрастать и тогда крутящий момент и, соответственно, скорость возрастают. Таким образом, ДПТ способен поддерживать постоянную скорость при разной нагрузке.

Теперь ток якоря Ia представлен, как:

Ia = (E ? Eb )/Ra

Теперь при старте мотора , скорость ? = 0 так как начальное Eb = 0, то есть:

Ia = E/Ra

Поскольку сопротивление Ra обмотки якоря маленькое, этот двигатель имеет очень сильный пусковой ток при отсутствии обратной ЭДС. Как результат, нам нужно использовать стартер, чтобы запустить ДПТ.

Теперь, когда двигатель продолжает вращаться, обратное ЭДС начинает вырабатываться и когда двигатель набирает скорость ток постепенно уменьшается.