Электродвигатели постоянного тока: особенности, преимущества, принцип действия.

Как любое электрооборудование, двигатель постоянного тока (ДПТ) создан для преобразования потока электронов в механическую энергию. Его функциональность построена на законе Ампера и явлении электромагнитной индукции. Само название указывает на то, что электродвигатель работает за счет постоянного тока. Этим он отличается от двигателей переменного и пульсирующего тока.

Преимущества использования электродвигателей постоянного тока в промышленности и в быту:

• надежность (простая конструкция гарантирует продолжительный срок службы, низкий уровень поломок);
• универсальность (применяется в качестве двигателя и генератора);
• возможность регулирования частоты, скорости и направления вращения;
• чувствительность к изменению напряжения;
• соответствие современным экологическим стандартам.

Среди недостатков электродвигателей постоянного тока специалисты отмечают высокую стоимость и возможность возгорания (при неправильной эксплуатации).

Это интересно! Основой для ДПТ послужило изобретение английского физика Майкла Фарадея. В одном из экспериментов он поместил токопроводящую металлическую рамку в магнитное поле, и она начала вращаться. Созданием непосредственно промышленного агрегата мы обязаны немецкому ученому Борису Якоби. Он придумал экспериментальную установку, на базе которой позже начали выпускать электрические двигатели для производственных нужд.

Принцип действия

Электродвигатель постоянного тока – это закрытый корпус, внутри которого создано магнитное поле. В него помещают способный к плавному вращению магнитопровод с набором проводников (якорь). Два поля, взаимодействуя, обеспечивает ротору постоянное однонаправленное движение. Оно не прерывается до тех пор, пока ток поступает к коллекторным кольцам. При этом чем больше токопроводящих жил в обмотке, тем более плавно двигается ротор.

Таким образом, ДПТ состоит из следующих элементов:

• статора – обеспечивает постоянное магнитное поле;
• якоря – сердечника с обмоткой;
• коллекторов – помогают поддерживать контакт с источником питания.

В устройствах малой мощности ток создается с помощью постоянного магнита. В электрооборудовании большой мощности используются электромагниты. Механическая часть двигателя соединена как минимум с двумя щетками (одна соединяется с положительным, вторая — с отрицательным полюсом источника питания). Переключение фаз происходит внутри конструкции и основывается на взаимодействии магнитных потоков.

Важно! Якорь подключается к источнику тока через пружинные коллекторные кольца (щетки). В маленьких приборах их роль выполняет обычная батарейка.

Двигатели постоянного тока: разновидности

В зависимости от способа соединения индуктора с ротором различают двигатели последовательного и параллельного возбуждения. Первый тип – легко запускается, но его мощность падает с увеличением нагрузки. Двигатель второго типа (с параллельным соединением) сохраняет стабильную скорость на протяжении длительного времени и не зависит от нагрузки. Также можно встретить смешанный тип подключения.

Возьмите на заметку! Смена направления тока в обмотке возбуждения позволяет изменить направление вращения вала при последовательном соединении.

В зависимости от наличия/отсутствия коллекторов различают коллекторные двигатели постоянного тока и вентильные (бесколлекторные). Количество коллекторов может варьироваться от 1 до 8. Коллекторные двигатели всегда были более распространенными. Но сегодня их вытесняют высокоскоростные ДПТ инверторного типа. Их можно встретить на жестком диске компьютера, в пылесосе, квадракоптере. Роль коллекторов в подобном устройстве выполняет инвертор.

Сфера использования, плюсы и минусы

Двигатель с принципом подачи постоянного тока можно обнаружить в портативных бытовых приборах, автомобилях, промышленных установках. Благодаря ДПТ перемещаются электропоезда, метро, электромобили. Такие двигатели принципиально незаменимы при эксплуатации резервных источников питания, электролизе цветных и черных металлов, качественной инверторной сварке.

Важно! Отличительной особенностью электрических двигателей постоянного тока является генерирование обратной ЭДС (электро-движущей силы). Чтобы минимизировать ее негативное действие, большие двигатели оснащены вентиляторами для охлаждения.