Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

М
д
= J (dω / dt) (3.9) 
где J – момент инерции всех вращающихся частей двигателя и нагрузки, кг×м
2
, приведенный 
угловой скорости вращения ω. 
Обычно моменты М
хх
и М
2
рассматривают совместно как статический момент сопротивления 
вращению вала двигателя: 
М
хх
+ М
2
= М
ст
(3.10) 
В общем случае уравнение моментов двигателя может быть записано как 
М
эм
= М
хх
+ М
2 
± М, (3.11) 
или М
эм 
= М
ст 
± М
д
. (3.12) 
Знак «+» или «-» у динамического момента определяется характером изменения скорости: 
при увеличении скорости момент М
д
складывается с моментом М
ст
(знак «+»), а при 
уменьшении скорости М
д
действует встречно моменту М
ст
(знак «-»). При неизменной 
скорости вращения якоря (dω/dt = 0) динамический момент М
д
= 0, тогда уравнение 
моментов двигателя упростится: М
эм
= М
хх
+ М
2
= М
ст
, (3.13) 
т.е. в установившемся режиме работы вращающий момент двигателя и статический момент 
сопротивления на его валу взаимно уравновешиваются. Вращающий момент двигателя 
пропорционален электромагнитной мощности, поэтому: 
M
эм
= P
эм
/ω = P
эм
/ (2nπ / 60) = 60P
эм
/ 2nπ = 9,55P
эм
/ n (3.14) 
Величина полезного момента двигателя М
2
пропорциональна мощности двигателя Р
2
что 
дает возможность получить выражение для определения полезного момента, аналогичное 
выражению (3.14): М
2 
= 9,55P
2 
/ n (3.15) 
где М
2
– полезный момент, Нм; Р
2
– полезная мощность двигателя (мощность на валу), Вт; n 
– частота вращения якоря, об/мин. На основании формулы для определения ЭДС Е
я
= с
е
Фn, 
тогда частота вращения якоря двигателя: 
n = Е
я 
/ с
е
Фn (3.16) 
Подставив в выражение (3.16) значение Е
я
из формулы (3.1), получим 
n = U - I
я
R
я
/ с
е
Ф (3.17) 
где с
е
– электрическая постоянная машины. Таким образом, частота вращения якоря 
электродвигателя прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна 
магнитному потоку возбуждения. Физически это объясняется тем, что увеличение 
напряжения U или уменьшение потока Ф вызывает увеличение разности (U- Е
я
), что, в свою 
очередь, ведет к увеличению тока I
я
(см. формулу 3.2). Возросший ток I
я
увеличивает 
вращающий момент, и если при этом нагрузочный момент остается неизменным, то частота 
вращения якоря двигателя тоже увеличивается. 

---

42 / 203 
Следовательно, регулировать частоту вращения якоря двигателя можно, изменяя: 
• напряжение U. 
• магнитный поток возбуждения Ф. 
• величину сопротивления якорной цепи R
я
. 
Направление вращения якоря определяется направлением магнитного потока возбуждения Ф 
и направлением тока в обмотке якоря. Поэтому, изменив направление того или другого, 
можно изменить направление вращения якоря. Следует иметь в виду, что переключение 
общих зажимов схемы у рубильника не дает изменения направления вращения якоря, так как 
при этом одновременно изменяется направление тока и в обмотке якоря, и в обмотке 
возбуждения. При исследовании работы двигателей постоянного тока большое значение 
имеет зависимость частоты вращения якоря от вращающего момента М
эм
= М
хх
+ М
2
. Эта 
зависимость графически выражается механической характеристикой двигателя n =f (M
xx
) при 
U= const и R
pг
= const. Преобразуем выражение (3.17): 
n = (U / c
e
Ф) - (I
я
R
я 
/ c
e
Ф) (3.18) 
и, подставив из формулы (2.6) значение тока I
я
= М
эм
R
я
/ с
е
с
м
Ф
2
получим: 
n = U / (c
e
Ф - М
эм
R
я
/ с
е
с
м
Ф
2
) (3.19) 
где с
м
– электромашинная постоянная двигателя. Из формулы (3.19) видно, что на рабочие 
характеристики двигателя существенно влияет способ возбуждения. Двигатель работает 
устойчиво, и якорь вращается с постоянной скоростью, если развиваемый им вращающий 
момент равен противодействующему моменту сопротивления: 
М
эм
= М
ст
(3.20) 
Условие устойчивой работы двигателя формулируется следующим образом: при возрастании 
частоты вращения якоря прирост вращающего момента должен быть меньше прироста 
противодействующего момента: dM
эм
/ dn < dM
ст
/ dn (3.21) 
Обычно для выполнения этого условия необходимо, чтобы увеличение частоты вращения 
якоря двигателя сопровождалось уменьшением вращающего момента.