Электрической машиной постоянного тока принято считать машину, которая генерирует в сеть или потребляет из нее постоянный ток. Работа машины постоянного тока основана на законе электромагнитной индукции. Электромагнитная схема машины постоянного тока приведена на рис. 3.1.

Индуктор состоит из главных полюсов (ГП), станины (ярмо) и дополнительных полюсов (ДП). Главные полюса создают основной магнитный поток в машине, для чего на них устанавливаются либо постоянные магниты (электрические машины с магнитоэлектрическим возбуждением), либо катушки возбуждения, токи которых обеспечивают требуемое значение основного магнитного потока машины.

Рис. 3.1. Электромагнитная схема машины постоянного тока

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюса чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов. Мощность, потребляемая цепями возбуждения, составляет примерно 0,5-3,0% от номинальной мощности машины постоянного тока. Причем с увеличением мощности машины относительная величина потерь мощности на возбуждение падает. Сердечники полюсов изготовлены в виде пакета из листов электротехнической стали толщиной 0,5-1,0 мм. Крепление главных полюсов к ярму осуществляется с помощью болтов.

Так как машина постоянного тока является электромеханическим преобразователем одного вида энергии в другой и работает на основании электромагнитной индукции, очевидно, необходимо, чтобы хотя бы по части ее обмоток протекал переменный ток. В машине постоянного тока эту функцию выполняет якорная обмотка, которая уложена в пазы сердечника якоря, изготовленного в виде пакета из листов электротехнической стали.

Для получения переменного тока в обмотке якоря на валу машины устанавливается механический коммутатор – коллекторно-щеточный узел. Якорная обмотка соединяется с коллектором, который представляет собой набор медных пластин толщиной 3-15 мм, изолированных друг от друга не проводящими ток прокладками толщиной 1 мм. В маломощных машинах постоянного тока коллекторные пластины запрессовываются в пластмассу. Для подвода (и отвода) тока к коллектору используются щетки.

Одноякорные машины постоянного тока изготавливаются мощностью до 10 МВт и напряжением до 1000 В. При необходимости обеспечить на выходном валу большую величину мощности строятся двух-, трех- и четырехъякорные машины.

При вращении якоря в неподвижном магнитном поле со скоростью n в секциях его обмотки наводится ЭДС, частота изменения которой определяется выражением .

Коллектор преобразует переменную ЭДС (рис. 3.2), индуктированную в последовательно соединенных секциях якорной обмотки, в постоянную ЭДС Ε между коллекторными щетками А и В. Посредством этих щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней цепью постоянного тока. Между диаметрально расположенными щетками А и В, как это видно из рис. 3.2 б, действует переменное напряжение, вектор которого не изменяется во времени и равен для верхней и нижней ветвей якорной обмотки величине Е.

Для уменьшения пульсации ЭДС при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую в каждую параллельную ветвь обмотки якоря обычно включается не менее 16 активных проводников.

                а                                                  б

Рис. 3.2. Образование ЭДС якоря