Silnik ten działa zgodnie z liniowymi prawami działania, dzięki czemu łatwiej jest w pełni wykorzystać jego właściwości w porównaniu z silnikami synchronicznymi lub asynchronicznymi.
●Skład silnika prądu stałego:
Stojan składa się z metalowej obudowy i jednego lub więcej magnesów, które wytwarzają trwałe pole magnetyczne wewnątrz stojana. Z tyłu stojana znajdują się mocowania szczotek i koło zębate szczotki, które zapewniają kontakt elektryczny z wirnikiem. Sam wirnik składa się z metalowej obudowy zawierającej cewki, które są połączone ze sobą w komutatorze z tyłu wirnika. Następnie zespół komutatora i szczotki wybiera cewkę, przez którą przepływa prąd elektryczny w przeciwnym kierunku.
Zasada działania Niezależnie od złożoności uzwojeń cewki wirnika, po włączeniu ich do zasilania, można je przedstawić w postaci cylindra ferromagnetycznego z owiniętym wokół niego solenoidem.
Przewód elektromagnesu to w praktyce wiązka przewodów umieszczona w każdym rowku wirnika. Wirnik, gdy jest zasilany, działa wtedy jak elektromagnes, pole magnetyczne podąża za osią rozdzielającą druty solenoidu w kierunku przepływającego przez nie prądu.
Dlatego silnik składa się ze stałych magnesów trwałych (stojana), poruszających się magnesów (wirnik) i metalowej obudowy skupiającej strumień (korpus silnika). (DRW 1)
(DRW 2) Poprzez przyciąganie przeciwnych biegunów i odpychanie biegunów podobnych, na wirnik działa moment obrotowy, który powoduje jego obrót. Ten moment obrotowy jest maksymalny, gdy oś między biegunami wirnika jest prostopadła do osi biegunów stojana. Gdy tylko wirnik zaczyna się obracać, nieruchome szczotki kolejno stykają się i zrywają z obracającymi się segmentami komutatora. Cewki wirnika są następnie zasilane i odłączane od zasilania w taki sposób, że gdy wirnik się obraca, oś nowego bieguna wirnika jest zawsze prostopadła do osi stojana. Ze względu na sposób ułożenia komutatora wirnik jest w ciągłym ruchu, niezależnie od swojego położenia. Wahania wynikowego momentu obrotowego są redukowane poprzez zwiększenie liczby segmentów komutatora, co zapewnia płynniejszy obrót. Dzięki odwróceniu zasilania silnika prąd w cewkach wirnika, a zatem bieguny północny i południowy są odwrócone. W ten sposób moment obrotowy działający na wirnik zostaje odwrócony, a silnik zmienia kierunek obrotów. Ze swej natury silnik prądu stałego jest silnikiem o odwracalnym kierunku obrotów.
●Moment obrotowy i prędkość obrotowa:
Moment obrotowy generowany przez silnik i jego prędkość obrotowa są od siebie zależne.
Jest to podstawowa charakterystyka silnika; jest to zależność liniowa i służy do obliczania prędkości bez obciążenia oraz momentu rozruchowego silnika. (DRW 1)
Krzywa mocy wyjściowej silnika jest wyznaczana z wykresu momentu obrotowego w funkcji prędkości. (DRW 2) Krzywe momentu obrotowego w funkcji prędkości i mocy wyjściowej zależą od napięcia zasilania silnika.
Napięcie zasilania silnika zakłada ciągłą pracę silnika w temperaturze otoczenia 20°C w nominalnych warunkach pracy.
Możliwe jest zasilanie silnika innym napięciem (zwykle pomiędzy -50% a + 100% zalecanego napięcia zasilania). W przypadku zastosowania niższego napięcia w porównaniu z zalecanym zasilaniem silnik będzie miał mniejszą moc. W przypadku wyższego napięcia jest używany, silnik będzie miał wyższą moc wyjściową, ale będzie się nagrzewał (zaleca się pracę przerywaną).
W przypadku wahań napięcia zasilania w zakresie od około -25% do +50% nowy wykres momentu obrotowego w funkcji prędkości pozostanie równoległy do poprzedniego. Moment rozruchowy i prędkość bez obciążenia będą się różnić o ten sam procent (n%) jako zmiana napięcia zasilania. Maksymalna moc wyjściowa jest mnożona przez (1 + 畏%)2.
Przykład: Przy wzroście napięcia zasilania o 20%.
Moment rozruchowy wzrasta o 20% (x 1,2)
Prędkość bez obciążenia wzrasta o 20% (x 1,2)
Moc wyjściowa wzrasta o 44% (x 1,44)
Moment obrotowy i prąd zasilania:
Jest to druga ważna cecha silnika prądu stałego. Jest liniowa i służy do obliczania prądu biegu jałowego oraz prądu przy nieruchomym wirniku (prąd rozruchu).
Wykres tej zależności nie zmienia się wraz z napięciem zasilania
silnika. Koniec krzywej jest wydłużany zgodnie z momentem obrotowym i prądem rozruchowym.
Ta stała momentu jest taka, że:：C=Kc(I锛岻o) Obrotowy moment tarcia wynosi Kc. ja. Moment obrotowy jest zatem wyrażony w następujący sposób: C=Kc. I锛岰f Cf=Kc. ja
Kc = Stała momentu obrotowego (Nm/A) C = Moment obrotowy (Nm)
Cd = Moment rozruchowy (Nm) Cf = Moment obrotowy tarcia (Nm)
I = Prąd (A) Io = Prąd jałowy (A) Id = Prąd rozruchu (A)
Nachylenie tej krzywej nazywane jest „stałą momentu obrotowego” silnika.
●Efektywność
Sprawność silnika jest równa mechanicznej mocy wyjściowej, którą może on dostarczyć, podzielonej przez moc, którą pochłania. Moc wyjściowa i moc pobierana zmieniają się w zależności od prędkości obrotowej, dlatego sprawność jest również funkcją prędkości silnika. Maksymalną sprawność uzyskuje się przy danej prędkości obrotowej większej niż 50% prędkości biegu jałowego.
●Wzrost temperatury
Wzrost temperatury silnika wynika z różnicy między mocą pobieraną a mocą wyjściową silnika. Ta różnica to strata mocy. Wzrost temperatury jest również związany z faktem, że utrata mocy, w postaci ciepła z silnika, nie jest szybko absorbowana przez otaczające powietrze (opór cieplny). Opór cieplny silnika można znacznie zmniejszyć poprzez wentylację.
●Ważny
Nominalna charakterystyka robocza odpowiada charakterystyce napięciowo-momentowo-obrotowej wymaganej do ciągłej pracy w temperaturze otoczenia 20°C. Poza tymi warunkami pracy możliwa jest tylko praca przerywana: bez wyjątku wszystkie kontrole dotyczące ekstremalnych warunków pracy muszą być przeprowadzane w rzeczywistych warunkach zastosowania klienta, aby zapewnić bezpieczną pracę.
