Работа двигателя постоянного тока относительно проста. Катушка помещается в магнитное поле, и когда электрический ток проходит через катушку, создается крутящий момент, заставляющий двигатель вращаться. Весь процесс управляется подачей электрической энергии на катушку, причем напряжение источника напрямую зависит от выходной скорости двигателя. Чтобы понять эту взаимосвязь между напряжением и скоростью, давайте рассмотрим типичную схему двигателя постоянного тока.

Приложенное напряжение равно падению напряжения на сопротивлении катушки R и катушки 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 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 forI, 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 можно упростить до:

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

Перестановка в зависимости от крутящего момента:

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.

Вернемся 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.

Автор изображения: MICROMO