Электродвигатель постоянного тока¶

Электродвигатель постоянного тока (ЭДПТ, электродвигатель постоянного тока, англ. DC motor) — электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию вращательного движения. Относится к классу электрических машин и широко применяется там, где требуется плавное регулирование скорости, высокий пусковой момент и точное управление скоростью и положением.

¶Принцип работы

Принцип действия электродвигателя постоянного тока основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения (или постоянными магнитами), с током, проходящим через обмотку якоря. При подаче постоянного тока на обмотку якоря в ней возникают электромагнитные силы, создающие вращающий момент. Для обеспечения непрерывного вращения применяется коллектор — механический преобразователь тока, который периодически меняет направление тока в обмотках якоря по мере поворота ротора.

¶Устройство

Основные элементы электродвигателя постоянного тока:

• Статор — неподвижная часть, создающая магнитное поле. Может содержать обмотку возбуждения или постоянные магниты.
• Якорь (ротор) — вращающаяся часть с обмоткой, в которой индуцируется ток.
• Коллектор — узел, обеспечивающий механическое коммутирование тока в обмотке якоря.
• Щётки — графитовые или металлографитовые контакты, передающие ток от внешней цепи к коллектору.
• Подшипники — обеспечивают вращение вала.

¶Классификация

По способу возбуждения электродвигатели постоянного тока делятся на:

1. С последовательным возбуждением — обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря. Обладают высоким пусковым моментом, применяются в электротранспорте, крановых механизмах.
2. С параллельным (независимым) возбуждением — обмотка возбуждения запитывается от отдельного источника. Обеспечивают стабильную скорость.
3. С смешанным возбуждением — сочетают последовательную и параллельную обмотки возбуждения.
4. С возбуждением от постоянных магнитов — наиболее простая конструкция, применяется в маломощных двигателях (сервоприводы, бытовая техника, инструменты).

¶Регулирование скорости

Электродвигатели постоянного тока обеспечивают широкий диапазон регулирования скорости, что является их основным достоинством перед асинхронными двигателями. Скорость можно регулировать:

• изменением напряжения на якоре;
• изменением потока возбуждения (ослаблением поля);
• изменением сопротивления в цепи якоря (применяется редко из-за потерь).

¶Применение

Электродвигатели постоянного тока применяются в электротранспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы, метро), промышленных механизмах (краны, подъёмники, прокатные станы), в станках, электромеханических приводах, бытовой технике, электроинструментах, робототехнике и авиамоделизме. В России производством электродвигателей постоянного тока занимаются предприятия, входящие в холдинг «Электропривод» (бывший ВЭИ), а также заводы в Кирове, Перми и других городах.

¶Достоинства и недостатки

Достоинства:

• плавное и широкое регулирование скорости;
• высокий пусковой момент;
• простота управления.

Недостатки:

• наличие коллекторно-щёточного узла, требующего обслуживания и создающего искрение;
• ограниченный ресурс щёток;
• более сложная конструкция по сравнению с асинхронными двигателями.

В последние десятилетия электродвигатели постоянного тока всё чаще вытесняются вентильными (векторно-импульсными) приводами и асинхронными двигателями с частотным регулированием, однако в ряде применений (малые мощности, точное позиционирование) они остаются востребованными.

Источники: Электротехнический справочник; ГОСТ 185-70 «Электрические машины. Термины и определения»; учебник «Электрические машины» под ред. В. Г. Герасименко.