एक डीसी मोटर, मुख्यतः एक विशेष संरचनात्मक डिज़ाइन के माध्यम से, दिष्ट धारा द्वारा उत्पन्न "एकदिशीय चुंबकीय क्षेत्र" की समस्या का समाधान करके, दिष्ट धारा को घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा में स्थिर रूप से परिवर्तित कर सकती है। यह रोटर के बल की एकसमान दिशा बनाए रखने के लिए एक "कम्यूटेटर" पर निर्भर करती है, और इसके संचालन में तीन मुख्य घटक—स्टेटर, रोटर और कम्यूटेटर—के साथ-साथ दो प्रमुख प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं: दिशात्मक विद्युत चुम्बकीय बल क्रिया और यांत्रिक कम्यूटेशन। विशिष्ट सिद्धांत को निम्नलिखित तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है:
1. मुख्य घटक: दिशात्मक बल के लिए "संरचनात्मक ढांचे" का निर्माण
डीसी मोटर का संरचनात्मक डिजाइन "निरंतर घूर्णन" की आवश्यकता के आसपास केंद्रित है, जिसमें तीन घटक एक अलग उद्देश्य की पूर्ति करते हैं:
- स्टेटरमोटर के स्थिर भाग के रूप में, इसमें मुख्यतः मुख्य चुंबकीय ध्रुव, एक फ्रेम और ब्रश होते हैं। मुख्य चुंबकीय ध्रुव आमतौर पर क्षेत्र वाइंडिंग से लिपटे होते हैं; जब इनमें से दिष्ट धारा प्रवाहित की जाती है, तो एक स्थिर चुंबकीय क्षेत्र (N और S ध्रुवों के क्रम में) उत्पन्न होता है, जो रोटर को बल का अनुभव करने के लिए एक वातावरण प्रदान करता है। ब्रश फ्रेम पर स्थिर होते हैं—एक सिरा बाहरी DC विद्युत आपूर्ति से जुड़ा होता है, और दूसरा सिरा रोटर के कम्यूटेटर के संपर्क में होता है, जो रोटर तक धारा संचारित करने के लिए उत्तरदायी होता है।
- रोटर (आर्मेचर)स्टेटर के चुंबकीय क्षेत्र में स्थित, यह मोटर शाफ्ट के चारों ओर घूम सकता है और एक आर्मेचर कोर और आर्मेचर वाइंडिंग से बना होता है। आर्मेचर कोर, भंवर धारा हानि को कम करने के लिए सिलिकॉन स्टील शीट को एक साथ रखकर बनाया जाता है। आर्मेचर वाइंडिंग एक विशिष्ट पैटर्न के अनुसार कोर के स्लॉट में लिपटी होती हैं और धारा और चुंबकीय क्षेत्र के बीच परस्पर क्रिया के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय बल उत्पन्न करने के लिए कोर घटक के रूप में कार्य करती हैं।
- कम्यूटेटरडीसी मोटरों का एक "प्रमुख नवाचार", यह रोटर शाफ्ट पर लगा होता है और आर्मेचर वाइंडिंग के दोनों सिरों से जुड़ा होता है। यह कई इंसुलेटेड कॉपर सेगमेंट से बना होता है (कॉपर सेगमेंट की संख्या आर्मेचर वाइंडिंग में घुमावों की संख्या से मेल खाती है)। एक "करंट डायरेक्शन कन्वर्टर" के रूप में कार्य करते हुए, यह ब्रशों के साथ स्लाइडिंग संपर्क के माध्यम से आर्मेचर वाइंडिंग में करंट की दिशा को वास्तविक समय में बदल देता है।
2. संचालन तंत्र: निरंतर घूर्णन प्राप्त करने के लिए "मुख्य तर्क"
डीसी मोटर का घूर्णन "विद्युत चुम्बकीय बल उत्पादन" और "कम्यूटेटर समायोजन" के बीच तालमेल पर निर्भर करता है, जिसमें विशिष्ट प्रक्रिया दो चरणों में विभाजित होती है:
- विद्युत चुम्बकीय बल का दिशात्मक उत्पादनजब बाह्य दिष्ट धारा ब्रशों से होकर कम्यूटेटर में और फिर आर्मेचर वाइंडिंग में प्रवाहित होती है, तो स्टेटर के स्थिर चुंबकीय क्षेत्र में स्थित आर्मेचर वाइंडिंग के चालक फ्लेमिंग के वामहस्त नियम के अनुसार विद्युत चुम्बकीय बल का अनुभव करते हैं। उदाहरण के लिए, स्टेटर के N ध्रुव के नीचे स्थित चालक दाईं ओर बल का अनुभव करते हैं, जबकि S ध्रुव के नीचे स्थित चालक बाईं ओर बल का अनुभव करते हैं। ये बल मिलकर एक विद्युत चुम्बकीय बल आघूर्ण बनाते हैं जो रोटर को दक्षिणावर्त घुमाता है।
- कम्यूटेटर का कम्यूटेशन फ़ंक्शन: जब रोटर उस बिंदु तक घूमता है जहां "आर्मेचर वाइंडिंग के कंडक्टर स्टेटर के चुंबकीय ध्रुवों की केंद्र रेखा को पार करते हैं," यदि वर्तमान दिशा अपरिवर्तित रहती है, तो कंडक्टरों पर कार्य करने वाले चुंबकीय क्षेत्र की दिशा उलट जाएगी, जिससे विद्युत चुम्बकीय बल की दिशा उलट जाएगी और रोटर को लगातार घूमने से रोका जा सकेगा। इस बिंदु पर, कम्यूटेटर रोटर के साथ तुल्यकालिक रूप से घूमता है। तांबे के खंडों और ब्रशों के बीच संपर्क के स्विचिंग के माध्यम से, यह कंडक्टर में वर्तमान दिशा को ठीक से उलट देता है - वर्तमान जो मूल रूप से बह रहा था अब बाहर बहता है - विद्युत चुम्बकीय बल की एक ही दिशा को बनाए रखते हुए (अभी भी रोटर को दक्षिणावर्त घुमाने के लिए प्रेरित करता है)। यह चक्र दोहराता है: हर बार जब रोटर 180 ° घूमता है, तो कम्यूटेटर एक बार वर्तमान दिशा को समायोजित करता है
3. सिद्धांत का व्यावहारिक महत्व: डीसी मोटर्स के प्रदर्शन और अनुप्रयोगों का निर्धारण
यह मूल सिद्धांत डीसी मोटरों को अद्वितीय लाभ प्रदान करता है: आर्मेचर वोल्टेज या फील्ड करंट को समायोजित करके, सुचारू गति विनियमन (जैसे, कम से उच्च गति तक निरंतर परिवर्तन) आसानी से प्राप्त किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, उनके पास एक उच्च प्रारंभिक टॉर्क होता है, जिससे वे भारी-लोड वाले उपकरणों को शुरू कर सकते हैं। इसलिए, डीसी मोटरों का व्यापक रूप से गति नियंत्रण में उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता वाले परिदृश्यों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि औद्योगिक क्षेत्र में मशीन टूल्स और एलेवेटर ट्रैक्शन मशीनों के लिए स्पिंडल ड्राइव, परिवहन क्षेत्र में पारंपरिक इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए ड्राइव सिस्टम और घरेलू उपकरणों में पावर टूल्स और ट्रेडमिल मोटर। हालांकि, कम्यूटेटर और ब्रश के बीच यांत्रिक घर्षण के कारण, डीसी मोटरों में एसी मोटरों की तुलना में अपेक्षाकृत अधिक रखरखाव लागत और कम जीवनकाल होता है।