Двигатели постоянного тока и их характеристики
В зависимости от способа подключения обмотки возбуждения к обмотке якоря различают следующие типы: параллельного, последовательного, смешанного возбужденя.
Рассмотрим двигатель параллельного возбуждения.
Полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, равна
,
где 
– напряжение на зажимах двигателя; 
– ток, потребляемый двигателем из сети; 
– ток в якоре; 
– ток возбуждения.
Часть мощности 
тратится на покрытие потерь в цепи возбуждения 
и потерь в цени якоря 
. Остальная мощность преобразуется в электромагнитную мощность 
. Следовательно,
.
Полезная механическая мощность 
, отдаваемая двигателем, меньше электромагнитной мощности 
на величину потерь холостого хода 
:
.
ЭДС 
, индуцируемая в обмотке якоря двигателя при его вращении, называется обратной ЭДС, поскольку направлена встречно относительно тока (мощность потребляется).
В установившемся режиме работы двигателя ток якоря , магнитный поток 
и частота вращения 
постоянны. В двигателе существуют две обратные ЭДС: 
и 
, причем
.
Заменив в последнем уравнении и выразив угловую скорость вращения, получим механическую характеристику двигателя:
или 
.
Уравнение ЭДС двигателя (получено из формулы для электромагнитной мощности или умножением последнего выражения на ):
,
где 
– подводимая к якорю мощность; и 
– составляющие этой мощности.
Электромагнитная мощность преобразуется в механическую мощность; мощность расходуется на покрытие потерь в цепи якоря.
В установившемся режиме работы (при 
) в двигателе действуют три момента:
– вращающий электромагнитный момент М;
– полезный тормозной момент нагрузки 
;
– тормозной момент при холостом ходе 
(потери в обмотках и на трение).
Закон равновесия моментов:
.
При 
вращающий момент двигателя содержит динамический момент 
, обусловленный моментом инерции J всех вращающихся масс:
.
Свойства двигателей постоянного тока определяются по совокупности пусковых, рабочих и регулировочных характеристик.
Пусковые характеристики определяют пусковую операцию от момента пуска двигателя до момента перехода к установившемуся режиму работы. К кусковым характеристикам относятся пусковой ток 
, пусковой момент 
, время пуска 
, экономичность пуска (энергозатраты), стоимость и надежностью пусковой аппаратуры.
Рабочие характеристики определяют свойства двигателя при установившемся режиме работы: зависимости , 
, 
от мощности .
Регулировочные характеристики определяют свойства двигателей при регулировании частоты вращения: пределы регулирования по частоте вращения; экономичность регулирования с точки зрения первоначальных затрат на оборудование и последующих эксплуатационных расходов; характер регулирования – плавный или ступенчатый, простота и надежность регулировочной аппаратуры и операций по регулированию частоты вращения.
Способы пуска двигателей: прямое включение, реостатный способ пуска (с реостатом в цепя якоря), изменение подводимого к двигателю при пуске напряжения.
Прямой пуск самый простой и дешевый, осуществляется прямым включением двигателя на полное напряжение сети. Недостатком способа являются значительные пусковые токи, опасность возникновения кругового огня по коллектору, значительное падение напряжения в питающей сети.
Реостатный пуск применяют для снижения броска тока при пуске.
В установках большой мощности (свыше 200 кВт) пусковой реостат не используется из-за значительных потерь энергии. Применяют безреостатный пуск путем изменения подводимого напряжения.
Напряжение двигателя при регулировании частоты вращения:
,
где 
– падение напряжения на регулировочном реостате. Или
.
Откуда
.
Таким образом, частоту вращения двигателей постоянного тока можно регулировать тремя способами: изменением напряжения сети 
, реостатом в цепи якоря 
, потоком возбуждения Ф.
Двигатель последовательного возбуждения. Способы регулирования частоты вращения двигателя последовательного возбуждения: изменение потока Ф; шунтирование обмотки возбуждения; шунтирование обмотки якоря.
Рис. 4.27. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения в сравнении с характеристиками двигателей постоянного тока других типов возбуждения.
Механическая характеристика таких двигателей в линейном приближении определяется выражением:
,
где k – коэффициент пропорциональности магнитного потока и тока возбуждения линейной части характеристики холостого хода двигателя, см. рисунок 4.27.
Тормозные режимы двигателей: генераторное торможение (при ускорении двигателя); торможение противовключением; динамическое торможение (отключения якоря от сети и замыкание его на реостат), рисунок 4.28.
Рис. 4.28. Механические характеристики торможения двигателя параллельного возбуждения: 1 – естественная; 2 и 3 – при различных регулировочных сопротивлениях.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Лабораторная работа №1.
Исследование однофазного трансформатора
Цель работы
Ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора; определить коэффициент трансформации, потери в трансформаторе; снять рабочие характеристики; определить параметры схемы замещения.