Принцип работы двигателя постоянного тока относительно прост. Катушка помещается в магнитное поле, и когда электрический ток проходит через катушку, создается крутящий момент, заставляющий двигатель вращаться. Весь процесс осуществляется за счет подачи электрической энергии на катушку, при этом напряжение источника напрямую зависит от выходной частоты вращения двигателя. Чтобы понять эту взаимосвязь между напряжением и частотой вращения, давайте рассмотрим типичный шлифованный схема двигателя постоянного тока.

Приложенное напряжение равно падению напряжения на сопротивлении катушки R и катушки индуктивности L, а также обратной 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. Оно противостоит приложенному напряжению, уменьшая напряжение, проходящее через двигатель. Обратная ЭДС рассчитывается как:

Где:

k_E = электрическая постоянная, присущая двигателю

ω = угловая скорость двигателя

Подставляя значение E в уравнение напряжения, мы получаем:

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

Которые могут быть переставлены следующим образом:

Где:

T = крутящий момент

k_T = постоянный крутящий момент, присущий двигателю

Подставляя значение i, уравнение напряжения теперь принимает вид:

Это показывает прямую зависимость между приложенным напряжением и угловой скоростью двигателя. Перестановка для определения 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 частота вращения двигателя достигается при отсутствии нагрузки (крутящего момента) на двигатель.

Перестановка в зависимости от крутящего момента:

Аналогично, максимальный крутящий момент возникает при нулевой угловой скорости.

Эти две зависимости 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 при постоянной нагрузке (крутящем моменте) на двигатель скорость прямо пропорциональна напряжению питания. И когда напряжение остается постоянным, увеличение нагрузки (крутящего момента) на двигатель приводит к снижению частоты вращения.

Автор изображения: MICROMO