Работа двигателя постоянного тока относительно проста. Катушка помещается в магнитное поле, и когда через катушку проходит электрический ток, создается крутящий момент, заставляющий двигатель вращаться. Весь процесс осуществляется за счет подачи электрической энергии на катушку, причем выходная скорость двигателя напрямую зависит от напряжения источника питания. Чтобы понять эту взаимосвязь между напряжением и скоростью, давайте посмотрим на типичную схему двигателя постоянного тока.

Приложенное напряжение равно падению напряжения на сопротивлении катушки R и катушке индуктивности L плюс обратная ЭДС.

Где:

V = приложенное напряжение

I = текущий

R = сопротивление

L = индуктивность

E = обратная ЭДС

Уравнение напряжения можно упростить, предположив, что ток постоянен, и в этом случае индуктивностью можно пренебречь:

Обратная ЭДС (электродвижущая сила) — это напряжение, которое генерируется вращением катушки. Он противодействует приложенному напряжению, уменьшая напряжение, проходящее через двигатель. Обратная ЭДС рассчитывается как:

Где:

k_E = электрическая постоянная, присущая двигателю

ω = угловая скорость двигателя

Подставляя E в уравнение напряжения, мы получаем:

Ток I, проходящий через катушку двигателя, напрямую связан с крутящим моментом двигателя:

Который может быть переставлен как:

Где:

T = крутящий момент

k_T = постоянный крутящий момент, присущий двигателю

Подставляя эту формулу вместо I, уравнение напряжения преобразуется следующим образом:

Это показывает прямую зависимость между приложенным напряжением и угловой скоростью двигателя. Перестановка для решения угловой скорости:

Для двигателей постоянного тока крутящий момент и электрические постоянные, к_Tи к_E, равны, поэтому уравнение угловой скорости может быть упрощено до:

Из этого мы можем видеть, что максимальная скорость двигателя достигается при отсутствии нагрузки (крутящего момента) на двигатель.

Перестановка по крутящему моменту:

Аналогично, максимальный крутящий момент возникает, когда угловая скорость равна нулю.

Эти два соотношения можно увидеть на кривой зависимости крутящего момента от частоты вращения типичного двигателя постоянного тока.

Возвращаясь к первоначальному вопросу: как напряжение влияет на скорость? Из приведенного выше анализа мы можем видеть, что когда нагрузка (крутящий момент) на двигатель постоянна, скорость прямо пропорциональна напряжению питания. И, когда напряжение остается постоянным, увеличение нагрузки (крутящего момента) на двигатель приводит к снижению скорости.

Изображение объекта предоставлено: MICROMO