Машина постоянного тока является электрической машиной. В качестве электромеханического преобразователя позволяет двунаправленно преобразовывать энергию между электрическими установками постоянного тока и механическими устройствами. Она являетсяобратимой.
В режиме двигателя, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию.
В режиме генератора, механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
Изобретенная Граммом, это изначально был простой генератор постоянного тока (для гальванического применения, например, как батареи). Бесщеточный двигатель является частным случаем этой машины.
Электрическая машина постоянного тока состоит из:
статора, который отвечает за циркуляцию магнитного потока продольного, который создается с помощью обмотки статора (катушки) и постоянных магнитов. Его также называют «индуктор», если машина работает в качестве генератора.
При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.
Ток i вводится через щетки коллектора, пересекает проводник ротора (катушку ротора) и изменяет направление (переключение) щетки. Это позволяет поддерживать магнитное поле ротора перпендикулярно статору.
Расположение щеток на нейтральной линии (то есть области, где плотность потока равна нулю), обеспечивает максимальная противо - ЭДС. Эта линия может перемещаться для намагничивания якоря (влияние потока ротора на поле возбуждения) в зависимости от того, машина работает с высокой или низкой нагрузкой. Перенапряжения , отчасти из-за плохой распределения напряжения между клемами коллектора и отчасти резким разворотом тока в проводнике разделы из - за прохода клем под щетками, может появиться на зажимах проводника и вызвать прогрессирующее разрушение коллектора. Чтобы преодолеть, компенсировать реакцию якоря, а также улучшить коммутацию, используют вспомогательные полюса компенсации/коммутации.
Возникновение крутящего момента за счет магнитного взаимодействия между статором и ротором:
Поле статора (Bs на рисунке) практически равно нулю на проводники, расположены в пазах и не действует на них. Происхождение крутящего момента оставляет поперечную намагниченность ротора, не изменяя вращения (роль коллектора). Полюс статора действует на полюса ротора и двигатель вращается.
Упрощенно, но классический способ вычислить крутящий момент полагается на существование силы Лапласа, созданной статором ( Bs на рисунке) и действующей на катушку ротора с током I. Эта сила ( Fl на pисунке), которая является результатом этого взаимодействия, которое является на модуль для двух противоположных роторных обмоток, но так как токи противонаправлены с помощью щеточно - коллекторной системы, силы также противонаправлены.
Сила также создается пропорциональна I и Bs. Крутящий момент двигателя Т также пропорционален этим двух величин.
Проводящийпоперечный стержень роторе из - за тока I движется как и поле статора Bs.
Для обеспечения продолжительной циркуляции тока I, нужно питать двигатель более высоким напряжение, чем противо-ЭДС якоря или ротора.
Mikhail Kostenko et Ludvik Piotrovski, Machines électriques, Tome I, « Machines à courant continu, transformateurs », Éditions de Moscou (MIR), 1969, 3e édition, 1979, 766 p.