Sähkömoottorit ja sähkömagneettiset kentät

Kela, joka kuljettaa virtaa, muodostaa magneettikentän, joka on keskitetty kelaan. Tämän magneettikentän suunta ja suuruus vaihtelevat virran suunnan ja suuruuden mukaan.

Yksinkertainen tasavirtamoottori koostuu staattorissa olevasta kestomagneetista ja ankkurista, joka koostuu yhdestä tai useammasta kelalangan kierrosta. Kelan johto on eristetty (emaloitu lanka), ja kelan sisällä on pehmeä ferromagneettinen ydin, joka keskittää magneettikentän. Kela pyörii yleensä monta kertaa sydämen ympäri; suuremmissa moottoreissa voi olla useita rinnakkaisia ​​virtareittejä kelan sisällä. Kelan päässä oleva johto on kytketty kommutaattoriin. Kommutaattori yhdessä ulkoisen virtalähteen ja harjojen kanssa vaihtaa virran suuntaa kelassa sen pyöriessä (harjattomat DC-moottorit käyttävät elektronisia piirejä DC-virran suunnan vaihtamiseen, mikä eliminoi harjojen tarpeen).

Sähkömagneettisen kentän voimakkuus ja ankkurin tuottaman virran määrä riippuvat käämin koosta ja käämitysmenetelmästä.

Järjestys, jossa tietyt kelat kytketään päälle tai pois päältä, määrittää tehokkaan sähkömagneettisen kentän suunnan. Pyörivä magneettikenttä voidaan luoda kääntämällä käämit peräkkäin päälle ja pois. Pyörivän magneettikentän ja staattorimagneetin (kestomagneetti tai sähkömagneetti) synnyttämän magneettikentän välinen vuorovaikutus saa ankkurin synnyttämään vääntömomentin, jolloin se pyörii. Jotkut tasavirtamoottorit käyttävät sähkömagneetteja magneettikentän luomiseen staattoriinsa, mikä parantaa moottorin ohjausta.

Tehokkaammat-DC-moottorit jäähdytetään pakotetulla ilmajäähdytyksellä.

Staattorin eri napanumerot, ankkurin magneettikentät ja keskinäiset kytkennät johtavat erilaisiin nopeus-/vääntömomenttiominaisuuksiin. DC-moottorin nopeutta voidaan säätää muuttamalla ankkurin jännitettä. Nopeudensäätö voidaan saavuttaa lisäämällä kenttävirtaan ankkuripiirit tai säädettävät vastukset. Nykyaikaisia ​​DC-moottoreita ohjataan tehoelektroniikkajärjestelmillä, jotka säätävät jännitettä muuttamalla tasavirran katkaisua, kytkemällä sen päälle ja pois tietyin väliajoin alhaisempien jännitteiden tuottamiseksi.

Sarjakäämitetyt{0}}roottorimoottorit tuottavat suurimman vääntömomentin pienillä nopeuksilla, ja siksi niitä käytetään yleisesti vetosovelluksissa, kuten sähköistetyissä rautateissä. Tasavirtamoottorit ovat pitkään olleet sähkö- ja dieselvetureiden, raitiovaunujen/raitiovaunujen ja diesel{2}}sähköisten porauslaitteiden yleisiä vetomoottoreita. Tasavirtamoottorien ja voimansiirtoverkkojen käyttöönotto koneiden ajamiseen vuonna 1870 sai aikaan toisen teollisen vallankumouksen. Tasavirtamoottorit voivat saada virtaa suoraan ladattavista akuista, jotka tarjoavat varhaisimpia sähköajoneuvoja ja käyttävät monia akkutyökaluja. Tasavirtamoottoreita esiintyy edelleen monissa sovelluksissa, pienistä leluista tai levyasemista suuriin teräsvalssaamoissa ja paperinvalmistuskoneissa toimiviin koneisiin. Kaivosnostureiden käämityskoneissa käytettiin suuria tasavirtamoottoreita, joissa oli shunttivirityskentät; kun ne yhdistetään tyristoritoimilaitteiden kanssa, ne voivat tuottaa suuren vääntömomentin ja tarjota tasaisen nopeudensäädön. Nämä sovellukset on nyt suurelta osin korvattu suurilla taajuusmuuttajamoottoreilla.