直流電動機の出力やトルクについて

本項では直流電動機の重要な点を説明していきます。
直流電動機で重要な要素は、逆起電力回転速度トルク出力です。

それぞれについて説明していきます。
まず逆起電力です。
これは発電機の誘導機電力と同じものですが、端子電圧の向きが逆になるため逆起電力といいます。ですから公式は誘導機電力と同じ以下の式となります。

直流発電機の項でも説明しましたが、上の式はフレミングの右手の法則に従って働く力の関係を表しています。この関係と上の式を展開すると回転速度も求めることができます

続いてトルクです。
トルクとは、電動機が回転する力のことで回転軸からの距離と電機子にかかる力をかけたものです。
電動機のトルクTは以下の式で求めます。

ポイントになるのは、トルクが磁束と電機子電流に比例するという点です。

次に直流電動機の出力についての説明です。
どの機械にも共通しますが、出力は入力から機械内での損失を引いたものになります。
電動機の場合、出力は電機子に入力する電力(逆起電力)から電機子抵抗によって失われる損失Iaを引いたものです。
つまりP=E×Iaとなり、iaをトルクの式から変換して左記の式に当てはめて求めることができます。それが以下の式です。

以上が重要な要素の計算式です。

これらの式からわかるとおり、回転速度やトルクは端子電圧や電流の値によって変動します。この変動の関係をグラフにしたものが回転速度特性トルク特性といいます。

電動機の種類によって特性が違うので、種類ごとに説明していきます。
グラフの横軸は負荷電流とし、縦軸は回転速度・トルクになっています。曲線は青が回転速度特性、オレンジがトルク特性です。
他励電動機

電流値が上がってもある程度の値から変化の幅が少なくなるのは、電機子反作用の影響を受けるためにです。

分巻電動機

他励式とほとんど同じですが、、違いは分巻式には界磁電流があるため電流が0にならないという点です。

直巻電動機

回転速度は電流に反比例し、トルクは電流の2乗に比例した曲線となります。
ただし、電流が一定以上になると界磁の磁化飽和によって磁束が増えなくなるため曲線が緩やかになります。

複巻電動機

複巻式は分巻式と直巻式の特徴を併せ持っているため、各特性とも両者の中間のような曲線となります。

直流電動機に関する重要な点の説明は以上です。
各要素の計算式と特性のグラフは試験でもポイントになるので是非覚えてください。




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