1. Osnovni princip rada istosmjernog generatora
DC generator i istosmjerni motor imaju istu strukturu, osim što generator istosmjerne struje pokreće i rotira glavni pokretač (obično AC motor) za proizvodnju električne energije. Vidi se da je riječ o uređaju koji pretvara mehaničku energiju u električnu. DC motor je spojen na istosmjerno napajanje i pokreće različite radne strojeve (alate, pumpe, tramvaje, kabelsku opremu itd.) u rad. To je uređaj koji pretvara električnu energiju u mehaničku energiju. Međutim, već postoje silikonski kontrolirani ispravljači koji su zamijenili istosmjerne generatore. Kako bi se svima omogućilo bolje razumijevanje istosmjernih motora, potrebno je istovremeno govoriti i o principu istosmjernih generatora.
Pogledajmo prvo kako radi DC generator.
Kao što je prikazano na slici 1, četkice A i B su u kontaktu s dva polukružna prstena. U ovom trenutku, izlaz između četkica A i B je istosmjerna struja. Pogledajmo' kretanje zavojnice između magnetskih polova u ovom trenutku. Sa slike 1(a) se može vidjeti da kada se ab strana zavojnice pomiče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu unutar raspona N pola, primjenjuje se pravilo desne strane generatora, a elektromotorna sila koja se stvara u ovom trenutku je od b do a. U ovom trenutku, cd strana zavojnice pomiče se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu unutar raspona S pola. Prema pravilu desne strane generatora može se suditi da je smjer inducirane elektromotorne sile na cd strani od d do c. Iz perspektive cijele zavojnice, smjer inducirane elektromotorne sile je dcba. Prema tome, bakreni lim 1 i četka A spojena na kraj zavojnice a imaju pozitivan potencijal; a bakreni lim 2 i četka B spojena na d kraj svitka su pod negativnim potencijalom. Ako je vanjski krug spojen, struja teče od četke A kroz opterećenje do četke B, tvoreći zatvoren strujni put sa zavojnicom.
Kada se ab strana zavojnice okrene u raspon S polova, strana cd okreće se u raspon N polova (slika 1, b). Sudeći po pravilu desne strane, možete znati da je smjer elektromotorne sile generirane na cd strani zavojnice od c do d, a ab strana se okreće u raspon S pola, gdje je smjer elektromotora sila je od a do b. Budući da se četka ne pomiče u prostoru, bakreni lim 2 spojen na kraj zavojnice d je u kontaktu s četkom A, a njen potencijal je još uvijek pozitivan. Bakreni lim 1 spojen na kraj zavojnice a je u kontaktu s četkom B, a njegov potencijal je još uvijek negativan. Kada je vanjski krug uključen, struja i dalje teče od četke A do četke B kroz opterećenje, tvoreći zatvoren strujni put sa zavojnicom. Međutim, treba napomenuti da je struja u zavojnici u ovom trenutku obrnuta.
Može se vidjeti da kada se zavojnica kontinuirano okreće, iako se strana zavojnice koja je u kontaktu s dvije četke stalno mijenja, četkica A je uvijek na pozitivnom potencijalu, a četkica B uvijek na negativnom potencijalu. Stoga dvije četke izvlače elektromotornu silu s konstantnim smjerom, a na opterećenju se dobivaju napon i struja s konstantnim smjerom. Drugim riječima, iako se smjer inducirane elektromotorne sile u zavojnici abcd stalno mijenja, četkica A uvijek je u kontaktu sa stranom zavojnice u području N pola, a četkica B uvijek je u kontaktu sa strana zavojnice u području S pola. Kontakt, njihov polaritet je uvijek isti. Kao rezultat toga, izmjenična struja u zavojnici postaje istosmjerna struja u vanjskom krugu nakon što je ispravljena bakrenim limom i četkom. Ove dvije polukružne bakrene ploče nazivaju se komutatorske ploče, a zajedno se nazivaju komutatori.
2. Osnovni princip rada istosmjernog motora
Načelo rada istosmjernog generatora je razmotreno gore, a sada neka's raspravi kako DC motor radi.
Ako rotor istosmjernog motora ne pokreće glavni pokretač, a njegove četke A i B su spojene na istosmjerno napajanje naponom U (kao što je prikazano na slici 2), što će se dogoditi? Sa slike se vidi da je četkica A pozitivan potencijal, B negativan potencijal, struja u vodiču ab u području N polova teče od a do b, a struja u vodiču cd u S polu raspon teče od c do d. Kao što je ranije spomenuto, vodiči koji vode struju podložni su elektromagnetskoj sili u magnetskom polju. Stoga su oba vodiča ab i cd podložna elektromagnetskoj sili Fde. Prema smjeru magnetskog polja i smjeru struje u vodiču, koristeći pravilo lijeve strane motora za prosuđivanje, smjer sile na ab strani je lijevo, a cd strana je prema pravo. Budući da je magnetsko polje jednoliko i da u vodiču teče ista struja, elektromagnetska sila na ab strani i cd strani je ista. Na taj način zavojnica je podvrgnuta elektromagnetskoj sili i rotira se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Kada se zavojnica okrene na neutralnu površinu magnetskog pola, struja u zavojnici je jednaka nuli, a elektromagnetska sila jednaka je nuli, ali zbog učinka inercije zavojnica se nastavlja okretati. Nakon što se zavojnica okrene do pola, iako se položaji ab i cd mijenjaju, ab se okreće u područje S polova, a cd se okreće u područje N polova, ali se djelovanjem komutatora i četke okreće u N pol Mijenja se i smjer struje na cd strani cd, od d do c, a struja na ab strani ispod S pola je od b do a. Stoga smjer elektromagnetske sile Fdc ostaje nepromijenjen, a zavojnica je i dalje prisiljena rotirati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Može se vidjeti da je smjer struje u vodičima, odnosno u rasponima N i S polova, uvijek isti. Stoga je smjer sile na dvije strane zavojnice također nepromijenjen. Na taj se način zavojnica može kontinuirano okretati prema smjeru sile. Osim toga, putem prijenosa zupčanika ili remena i drugih mehanizama, mogu se pokretati i drugi radni strojevi.
Iz gornje analize možemo vidjeti da da bi se zavojnica rotirala u određenom smjeru, ključni je problem taj da kada se vodič mijenja iz jednog raspona magnetskog pola u drugi suprotni raspon magnetskih polova (tj. nakon što vodič prođe kroz neutralni površine), struja u vodiču Pritom treba promijeniti smjer. Komutatori i četke su uređaji koji ostvaruju ovaj zadatak. U DC generatoru, zadatak komutatora i četkica je pretvaranje izmjenične struje u zavojnici u istosmjernu struju za vanjski izlaz; u DC motoru, komutator i četke se koriste za pretvaranje ulazne istosmjerne struje u zavojnicu. Naizmjenična struja. Vidi se da su komutator i četka neizostavne ključne komponente u istosmjernom motoru.
Naravno, u stvarnom istosmjernom motoru ne postoji samo jedna zavojnica, već su mnoge zavojnice čvrsto ugrađene u utor jezgre rotora. Kada struja prolazi kroz vodič i rotira se zbog sile u magnetskom polju, pokreće cijeli rotor. Spin. Ovo je osnovni princip rada DC motora.
Uspoređujući principe rada istosmjernih generatora i istosmjernih motora, može se vidjeti da su njihovi oblici ulazne i izlazne energije različiti. Kao što je već spomenuto, DC generator pokreće glavni pokretač, ulaz je mehanička energija, a izlaz je električna energija; DC motor se napaja iz istosmjernog izvora napajanja, ulaz je električna energija, a izlaz je mehanička energija.
Postoje dvije uobičajene vrste AC motora: sinkroni motori i asinkroni motori, od kojih se asinkroni motori češće koriste
Uzmimo za primjer asinkroni motor s kavezom: stator se napaja trofaznom izmjeničnom strujom kako bi se stvorilo rotacijsko magnetsko polje. Magnetsko polje presijeca rotor, inducira se struja u zavojnici rotora s vjeveričastim kavezom, a inducirana struja ponovno stvara magnetsko polje. Između rotirajućeg magnetskog polja statora i magnetskog polja koje uspostavlja rotor postoji međusobna sila, pa se motor rotira. Brzina vrtnje rotora uvijek je manja od sinkrone brzine magnetskog polja statora.
AC sinkroni motor: trofazna izmjenična struja se primjenjuje na stator kako bi se uspostavilo rotacijsko magnetsko polje; potrebna je istosmjerna pobuda na rotoru za uspostavljanje magnetskog polja. Magnetno polje rotora prima učinak sinkronog magnetskog polja statora i rotira se sinkronom brzinom.