Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Двигатель постоянного тока способен стабильно преобразовывать постоянный ток во вращательную механическую энергию, в первую очередь, за счёт решения проблемы «однонаправленного магнитного поля», создаваемого постоянным током, благодаря особой конструкции. Он использует «коммутатор», поддерживающий постоянное направление силы ротора (受力), и его работа включает три основных компонента: статор, ротор и коммутатор, а также два ключевых процесса: действие направленной электромагнитной силы и механическую коммутацию. Принцип работы можно разделить на следующие три части:
1. Основные компоненты: создание «структурной основы» для направленной силы
Конструктивная схема двигателя постоянного тока основана на необходимости «непрерывного вращения», при этом каждый из трех компонентов служит определенной цели:
- Статор: Как неподвижная часть двигателя, она состоит в основном из главных магнитных полюсов, корпуса и щёток. Главные магнитные полюса обычно намотаны обмотками возбуждения; при пропускании через них постоянного тока создаётся постоянное магнитное поле (с чередующимися северным и южным полюсами), создающее условия для приложения силы к ротору. Щётки закреплены на корпусе: один конец подключён к внешнему источнику постоянного тока, а другой — к коллектору ротора, отвечающему за передачу тока к ротору.
- Ротор (Якорь): Расположенный в магнитном поле статора, он может вращаться вокруг вала двигателя и состоит из сердечника якоря и его обмоток. Сердечник якоря изготовлен из листов электротехнической стали, уложенных друг на друга для снижения потерь на вихревые токи. Обмотки якоря намотаны в пазах сердечника по определённой схеме и служат компонентом сердечника для создания электромагнитной силы посредством взаимодействия тока и магнитного поля.
- Коммутатор: «Ключевое новшество» двигателей постоянного тока: он крепится на валу ротора и подсоединяется к обоим концам обмоток якоря. Он состоит из нескольких изолированных медных сегментов (количество медных сегментов соответствует количеству витков в обмотках якоря). Действуя как «преобразователь направления тока», он изменяет направление тока в обмотках якоря в режиме реального времени посредством скользящего контакта со щётками.
2. Механизм работы: «Основная логика» для достижения непрерывного вращения
Вращение двигателя постоянного тока зависит от синергии между «генерацией электромагнитной силы» и «регулировкой коллектора», при этом конкретный процесс делится на два этапа:
- Направленная генерация электромагнитной силы: Когда внешний постоянный ток поступает в коллектор через щётки, а затем в обмотки якоря, проводники обмоток якоря, находящиеся в постоянном магнитном поле статора, испытывают электромагнитную силу в соответствии с правилом левой руки Флеминга. Например, проводники, расположенные под полюсом N статора, испытывают силу, направленную вправо, а проводники, расположенные под полюсом S, – силу, направленную влево. Эти силы в совокупности создают электромагнитный момент, который заставляет ротор вращаться по часовой стрелке.
- Коммутационная функция коммутатора: Когда ротор вращается до точки, где «проводники обмоток якоря пересекают осевую линию магнитных полюсов статора», если направление тока остается неизменным, направление магнитного поля, действующего на проводники, изменится на противоположное, что приведет к изменению направления электромагнитной силы и предотвращению непрерывного вращения ротора. В этот момент коммутатор вращается синхронно с ротором. Благодаря переключению контакта между медными сегментами и щетками, он точно меняет направление тока в проводнике — ток, который изначально втекал, теперь вытекает — сохраняя то же направление электромагнитной силы (все еще заставляя ротор вращаться по часовой стрелке). Этот цикл повторяется: каждый раз, когда ротор вращается на 180°, коммутатор один раз изменяет направление тока, гарантируя, что ротор всегда получает электромагнитный момент в том же направлении и обеспечивая непрерывное вращение.
3. Практическое значение принципа: определение характеристик и областей применения двигателей постоянного тока
Этот основной принцип наделяет двигатели постоянного тока уникальными преимуществами: регулируя напряжение якоря или ток возбуждения, можно легко добиться плавного регулирования скорости (например, непрерывного изменения от низкой до высокой скорости). Кроме того, они имеют высокий пусковой момент, что позволяет им запускать тяжелонагруженное оборудование. Поэтому двигатели постоянного тока широко используются в сценариях, требующих высокой точности регулирования скорости, таких как приводы шпинделей станков и тяговых машин лифтов в промышленном секторе, приводные системы для традиционных электромобилей в транспортном секторе, а также электроинструменты и двигатели беговых дорожек в бытовой технике. Однако из-за механического трения между коллектором и щетками двигатели постоянного тока имеют относительно более высокие затраты на техническое обслуживание и более короткий срок службы по сравнению с двигателями переменного тока. Это также привело к разработке бесщёточных двигателей постоянного тока (которые используют электронную коммутацию вместо механической).
