Технический прогресс требует нестандартных подходов и решений. Как выяснилось впоследствии, асинхронные трехфазные двигатели совсем не подходят к конструктивным особенностям электротранспорта, где нужно плавно регулировать скорость его движения, дать ему определенную маневренность и независимость. Так появились электродвигатели, работающие на постоянном токе.

Способность регулировать скорость вращения вала – важное преимущество их над асинхронными. С другой стороны, высокая цена не сделала их столь популярными и легкодоступными.

В быту они в основном встречаются в игрушках для детей, работающих от батареек. На производстве же – для различного оборудования и шахтных электровозов, работающих от мощных аккумуляторов.

Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, вспомним физику. В частности, закон Ампера: рамка, изготовленная из проволоки, помещенная в поле магнита, начинает вращаться при подаче на нее напряжения. Сложного фактически ничего нет, не считая самой конструкции.

В процессе многочисленных испытаний и доработок получилось достичь совершенного устройства, способного развивать хорошую мощность и управляемую скорость вращения.

Конструкция

Устройство двигателя постоянного тока подобно синхронному.Различие незначительные. Принцип работы – тот же. Разновидность подводимого тока – единственное их отличие.

Конструктивно выделяются следующие элементы:

• Корпус;
• Якорь, жестко насаженный на вал;
• Сердечник и обмотки полюсов (магниты);
• Статор;
• Вентилятор;
• Медно-графитные щетки;
• Кольца коллектора, к которым подсоединены концы обмоток якоря;
• Подшипники;
• Торцевые крышки.

Рассматривая фото электродвигателя постоянного тока, можно убедиться, что внешне и начинкой он ничем не отличается от синхронного.

Якорь – главный элемент. При подаче на него напряжения через щетки и коллектор, он начинает вращаться в магнитном поле статора. Как простая рамка, эксперименты с которой описываются в учебниках по физике, только конструкция намного сложнее и более совершенная.

Статор жестко соединен с корпусом электродвигателя, имеет обмотки возбуждения или магниты, между полюсами которых вращается якорь на подшипниках, помещенных с торцов в пазы крышек.

В передней части вала имеется паз под шпонку для крепления шестерни или шкива (механической части). В задней – вентилятор для охлаждения работающих элементов – якоря и статора.

Наиболее уязвимое место двигателей постоянного тока, влияющее на его полезные характеристики – медно-графитные щетки, которые прижимаются к коллектору. Со временем они изнашиваются, образуют на поверхности пыль, искрят. Могут ослабнуть, болтаться на пружинах, в результате чего потеряется контакт, и двигатель перестанет работать.

Важно своевременно очищать поверхность колец коллектора от пыли, следить за степенью износа щеток, степени их прилегаемости и исправности.

Классификация

В зависимости от характера воздействия на обмотки электродвигатели постоянного тока подразделяются на следующие типы:

• С независимым возбуждением. Скорость вращения регулируется реостатом, включенным в цепь обмоток. Запрещены к выпуску, если слишком малая или незначительная рабочая механическая нагрузка, так как иначе возникают слишком высокие токи в обмотках якоря.;
• С последовательным. Якорь подключается последовательно с обмоткой возбуждения к одному источнику питания.
• С параллельным. Якорь и обмотки статора имеют общий источник, но подключены независимо друг от друга. Параллельно. Скорость вращения регулируется реостатом, помещенным в цепи якоря;
• Со смешанным. Каждый полюс имеет по 2 обмотки. Соединяются в рабочую схему вычитанием или суммированием потоков. Изменяя полярность одной из обмоток, можно заставить вал изменить направление вращения.

От того, как подключен электродвигатель постоянного тока, зависят его механически и электротехнические свойства.

Плюсы – минусы

Любому электрооборудованию присущи свои особенности, которые нужно учитывать в процессе эксплуатации, чтобы оно прослужило дольше.

Двигатели постоянного тока имеют свои неоспоримые достоинства:

• Имеют небольшие габариты;
• Отсутствуют сложности управления;
• Простое строение и конструктивные особенности, поддающиеся ремонту и техническому обслуживанию;
• Можно использовать для генерирования тока;
• Быстро запускаются;
• Плавная регулировка оборотов вала (ускорение и замедление с помощью реостата).

Наряду с существенными достоинствами, имеется ряд недостатков:

• Нужен специальный питающий блок, выравнивающий переменное напряжение;
• Высокая ценовая стоимость;
• Периодическая перезарядка аккумуляторов. Когда они сели, запуск двигателя невозможен;
• Рабочая зона ограничена радиусом взаимодействия с источником питания (троллейбус, трамвай), и когда он отсутствует либо поврежден, работа механизмов устройства невозможна;
• Требует периодического техобслуживания (замены быстроизнашивающихся колец коллектора и графитно-медных щеток).

Применение

В основном это – транспорт, работающий на электрическом токе и устройства, в которых необходимо тщательное управление скоростью вращения.

Обычно такие двигатели можно встретить в конструкции:

• Троллейбусов;
• Электромобилей в парке аттракционов;
• Трамваев:
• Транспортно-подъемных устройствах;
• Шахтных электровозов.

А также – в детских игрушках, работающих на пальчиковых батарейках – машинках, танчиках, самолетах, вертолетах и прочем.

Следует отметить, что двигатели постоянного тока могут быть энергонезависимыми, а устройства и механизмы обладать большей маневренностью и свободой действий, не требовать подключение к источнику, питаться от мощных перезаряжаемых аккумуляторов.

Единственное слабое звено – это щетки и кольца коллектора, которые быстро изнашиваются и требуют периодической замены.

Несмотря на это, весь электротранспорт в крупных городах снабжен различными видами двигателями постоянного тока, а не асинхронными, что подчеркивает их громадную роль в жизни современного общества и страны в целом.

Фото электродвигателя постоянного тока