Электрические машины постоянного тока предназначены для преобразования электрической энергии как в механическую, так и обратно. Поэтому в первом случае они называются двигателем, а во втором - генератором. Устройство генераторов и двигателей одинаково. Неподвижная часть машины, называемая статором, состоит из массивного стального корпуса, к которому крепятся главные и дополнительные полюсы. Главные полюсы собираются из стальных листов, что обеспечивает уменьшение потерь мощности от вихревых токов, а дополнительные изготавливаются массивными. На главных полюсах размещаются катушки обмоток возбуждения. На дополнительных полюсах - обмотки дополнительных полюсов. Схема замещения машины постоянного тока в соответствии с уравнением E = U ± IRя показана на рис.1.В режиме генератора электромагнитный момент Мэм противодействует вращению. Он уравновешивается моментом приводного двигателя Мдв (турбина, дизель и т.п.). В режиме двигателя момент действует по направлению вращения. При равномерном вращении ему противодействует момент сопротивления Мс приводимого в движение механизма (станок, вентилятор, насос и т.п.).
Основное магнитное поле в электрических машинах называется полем возбуждения и создается с помощью обмоток возбуждения, получающих питание от источников постоянного тока. Преобразование электрической энергии (рис.2) возможно в электрических машинах лишь при наличии силового взаимодействия между магнитными полями статора и ротора, последние должны быть неподвижны относительно друг друга при любой частоте вращения ротора. Это достигается с помощью коллекторно-щеточного механизма. Коллектор представляет собой цилиндр, состоящий из ряда изолированных друг от друга и корпуса медных пластин, по которым скользят угольные щетки. Число пластин равночислу секций обмотки, которая укладывается в пазы. В машинах постоянного тока ЭДС равна: E=Ce*Ф*n, где Се=р*N/60a - конструктивная постоянная; р - число пар полюсов; N - число проводников; а - число параллельных ветвей соединенных проводников (обмотки бывают двух - и треслойные).В режиме генератора на холостом ходу поток Ф и соответствующая ему ЭДС зависят только от тока возбуждения . Зависимость E=f(Iв) называется характеристикой холостого хода(рис.3).
Если характеристику снимать, сначала увеличивая ток возбуждения, а затем уменьшая его, то получится петля гестерезиса. Обычно в каталогах дается средняя линия.
При отсутствии тока возбуждения в якоре наводится ЭДС, равная примерно 2-3% от напряжения якоря. В режиме нагрузки якорь нагружается на внешнее сопртивление проводника, ток в котором совпадает по направлению с ЭДС. Ток обмотки якоря создает свое поле, воздействующее на поле собственно машины. Данное явление называется реакцией якоря. Результирующий магнитный поток машины Ф равен сумме магнитного потока цепи возбуждения Фв и цепи якоря Фя. При больших значениях тока якоря вследствие насыщения части полюсов результиирующий магнитный поток несколько уменьшается. В этом случае реакция якоря называется поперечной.
Электромагнитный момент определяется из выражения M=0.5D(pNIФ/πa)=CмФI, где Cм=DpN/πa,гдеD - диаметр якоря; Cм - постоянная по моменту. Внешняя характеристика генератора Uя=f(Iя) приведена на рис.4.
На рис.5 даны пояснения к каждому из типов возбуждений. А теперь чуть шире о каждом из них. На рис.6 двигатель параллельного возбуждения с пусковым r
Для регулирования частоты вращения можно при помощи ключа К шунтировать обмотку возбуждения реостатом r