Електродвигуни та електромагнітні поля

Котушка, по якій проходить струм, створює магнітне поле з центром у котушці. Напрямок і величина цього магнітного поля змінюються залежно від напрямку і величини струму.

Простий двигун постійного струму складається з постійного магніту на статорі та якоря, що складається з одного або кількох витків котушки. Провід котушки ізольований (емальований дріт), а всередині котушки розташований м’який феромагнітний сердечник для концентрації магнітного поля. Котушка зазвичай багато разів обертається навколо сердечника; більші двигуни можуть мати кілька паралельних шляхів струму всередині котушки. Провід на кінці котушки підключений до комутатора. Комутатор у поєднанні із зовнішнім джерелом живлення та щітками перемикає напрямок струму в котушці під час її обертання (безщіточні двигуни постійного струму використовують електронні схеми для перемикання напрямку постійного струму, таким чином усуваючи потребу в щітках).

Напруженість електромагнітного поля і сила струму, що створюється якорем, залежать від розміру котушки і способу намотування.

Послідовність увімкнення та вимкнення певних котушок визначає напрямок ефективного електромагнітного поля. Обертове магнітне поле можна створити послідовним вмиканням і вимиканням котушок. Взаємодія між обертовим магнітним полем і магнітним полем, створюваним магнітом статора (постійним магнітом або електромагнітом), змушує якір створювати крутний момент, змушуючи його обертатися. Деякі двигуни постійного струму використовують електромагніти для створення магнітного поля в своїх статорах, що покращує керування двигуном.

Двигуни постійного струму-вищої потужності охолоджуються примусовим повітряним охолодженням.

Різні числа полюсів статора, магнітні поля якоря та з’єднання призводять до різних характеристик швидкості/крутного моменту. Швидкість двигуна постійного струму можна регулювати зміною напруги на якорі. Контроль швидкості може бути досягнутий шляхом додавання арматурної схеми або змінних резисторів до струму поля. Сучасні двигуни постійного струму керуються силовими електронними системами, які регулюють напругу, змінюючи відсічення постійного струму, вмикаючи та вимикаючи його через фіксовані проміжки часу для отримання нижчої напруги.

Двигуни постійного струму з послідовним-ротором виробляють максимальний крутний момент на низьких швидкостях і тому зазвичай використовуються в системах тяги, таких як електрифіковані залізниці. Довгий час двигуни постійного струму були основними тяговими двигунами для електричних і дизельних локомотивів, трамваїв і трамваїв, а також дизель-електричних бурових установок. Поява двигунів постійного струму та мереж передачі енергії для приводу механізмів у 1870 році спровокувала другу промислову революцію. Двигуни постійного струму можуть живитися безпосередньо від акумуляторних батарей, забезпечуючи перші електричні транспортні засоби та приводячи в рух багато акумуляторних інструментів. Двигуни постійного струму все ще застосовуються в багатьох додатках сьогодні, від маленьких іграшок або дисководів до великих машин, що працюють на сталепрокатних станах і папероробних машинах. Великі двигуни постійного струму з шунтовими полями збудження застосовувалися в намотувальних машинах шахтних кранів; у парі з тиристорними приводами вони можуть створювати великий крутний момент і забезпечувати плавне регулювання швидкості. Зараз ці програми в основному замінені великими двигунами змінного струму, що керуються перетворювачами частоти.