Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока приведена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Входная мощность Р₁, передаваемая двигателю из электрической сети, определяется выражением:

.                                         (3.11)

Часть этой мощности расходуется на покрытие потерь в обмотке возбуждения П_в = I ² R _в и в цепи якоря П_эл = I ² R _яΣ. Оставшаяся часть, равная электромагнитной мощности за вычетом магнитных потерь П_мг, потерь на трение в подшипниках и вентиляцию П_мех и дополнительных потерь, обеспечивает на валу машины постоянного тока выходную мощность Р₂.

Механические  характеристики  двигателя  с  независимым

Возбуждением

На основании II закона Кирхгофа для цепей возбуждения и якоря (рис. 3.1), а также учитывая связи, выраженные зависимостями (3.1, 3.2), для установившегося режима можно записать:

                                                   (3.12)

Здесь R_яΣ, R_в – суммарное сопротивление якорной цепи и сопротивление обмотки возбуждения.

Под механической характеристикой двигателя принято понимать зависимость его скорости вращения от момента нагрузки ω = f(Μ). Статическую механическую характеристику легко получить из второго и третьего уравнений системы (3.12):

.                                                  (3.13)

Из уравнения (3.13) следует, что при постоянных напряжении на якоре и потоке скорость машины падает с ростом момента.

Включение в цепь якоря добавочного сопротивления, изменение потока и изменение напряжения изменяют вид механических характеристик. Механические характеристики машины с независимым (параллельным) возбуждением при различных сопротивлениях в якорной цепи показаны на рис. 3.12, а механические характеристики при различных потоках представлены на рис. 3.13, а, а при различных напряжениях на якоре – на рис. 3.13, б.

Рис. 3.12. Виды естественных механических характеристик

(а) и реостатные характеристики (б) двигателя параллельного возбуждения

Вид этих характеристик определяет и область их использования при регулировании скорости вращения двигателя постоянного тока: в области скоростей, меньших номинальной, используется регулирование напряжения на якоре, а в области больших – уменьшение магнитного потока машины.

Увеличение напряжения на якоре для регулирования скорости выше номинальной обычно не используется (исключением являются некоторые типы двигателей краново-металлургических серий, в которых допускается двукратное увеличение якорного напряжения), т.к. оно приводит к значительным коммутационным осложнениям в работе механического коллектора. Увеличение магнитного потока также нецелесообразно, т.к. рабочая точка машины находится на колене кривой намагничивания машины, вблизи участка насыщения.

Рис. 3.13. Механические характеристики при различных потоках

(а) и при различных напряжениях на якоре (б)

Регулирование скорости вращения (в сторону ее уменьшения по отношению к номинальной) увеличением сопротивления в цепи якоря в настоящее время используется крайне редко, т.к. резко ухудшает энергетические характеристики электропривода.