Будова двигуна постійного струму та принцип його дії
Будова ДПС
Електрична машина постійного струму складається зі статора, якоря, колектора, щіткотримача і підшипникових щитів (малюнок 1). Статор складається з станини (корпусу), головних і додаткових полюсів, які мають обмотки збудження. Цю нерухому частину машини іноді називають індуктором. Головне його призначення - створення магнітного потоку. Станина виготовляється зі сталі, до неї болтами кріпляться головні і додаткові полюси, а також підшипникові щити. Зверху на станині є кільця для транспортування, знизу - лапи для кріплення машини до фундаменту. Головні полюса машини набираються з листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 -1 мм з метою зменшення втрат, які виникають через пульсації магнітного поля полюсів у повітряному зазорі під полюсами. Сталеві листи осердя полюса спресовані і скріплені заклепками.
Малюнок 1
I - вал, 2 - передній підшипниковий щит, 3 - колектор, 4 - щіткотримач; 5 – осердя якоря з обмоткою; 6 - головний полюс; 7 - полюсна котушка; 8 - станина; 9 - задній підшипниковий щит; 10 - вентилятор; 11 - лапи; 12 - підшипник
Полюса (малюнок 2) призначені для створення основного магнітного потоку і складаються з 1- станини, шихтованого осердя 2 і котушки збудження 3. Шихтоване осердя необхідне для ослаблення вихрових струмів. Нижню, більш широку, частина осердя полюса називають полюсним наконечником. На машинах постійного струму полюсні котушки роблять без каркасними – намотуванням мідного дроту безпосередньо на сердечник полюса, попередньо наклавши на нього ізоляційну прокладку. У більшості машин (потужністю понад 1кВт) полюсних котушку роблять каркасною: обмотувальний дріт намотують на каркас (зазвичай пластмасовий), а потім надягають на сердечник полюса.
Якір машини постійного струму (малюнок 3) складається з валу, осердя, обмотки і колектора. Осердя якоря збирається з шихтованих листів електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм і спресовується з обох сторін за допомогою натискних шайб. У машинах з радіальної системою вентиляції листи осердя збираються в окремі пакети товщиною 6-8 см, між якими роблять вентиляційні канали завширшки 1 см. При осьовому вентиляції в осерді виконують отвір для проходження повітря вздовж валу. На зовнішній поверхні якоря є пази для обмотки.
Обмотка якоря виготовляється з мідних проводів круглого або прямокутного перерізу у вигляді заздалегідь виконаних секцій. Вони укладаються в пази, де ретельно ізолюються. Обмотку роблять двошаровою: розміщують в кожному пазу дві сторони різних якірних котушок - одну над іншою. Обмотку закріплюють у пазах клинами (дерев'яними, гетінаксових або
текстолітовими), а лобові частини кріплять спеціальним дротяним бандажем. У деяких конструкціях клини не застосовують, а обмотку кріплять бандажем. У сучасних машинах для бандажування якорів використовують скляну стрічку.
Колектор призначений для перетворення змінної ЕРС в постійну – в генераторі і постійний струм у змінний - у двигуні. Колектор машини постійного струму збирається з клиноподібних пластин холоднокатаної міді Основними елементами колектора є мідні колекторні пластини, зібрані таким чином, що колектор набуває циліндричну форму. Нижня частина колекторних пластин 6 має форму «ластівчиного хвоста». Після складання колектора ці частини пластин виявляються затиснутими між сталевими шайбами 1 і 3. Конусні шайби стягнуті гвинтами 2. Колекторні пластини ізольовані один від одного і від сталевих шайб міканітовими прокладками 4. Верхня частина колекторних пластин5, звана півником, має вузький поздовжній паз, в який закладають провідники обмотки якоря і припаюють. Пластини ізолюють одну від іншої прокладками з колекторного міканіту товщиною 0,5 - 1 мм. Колектори з першим способом кріплення називають арочними, з другим - клиновими. Найбільш поширені арочні колектори.
У швидкохідних машинах великої потужності для запобігання витріщання пластин під дією відцентрових сил застосовують зовнішні ізольовані бандажні кільця.
Щіткотримач (малюнок 5) (здвоєний) складається з корпусу 4, в який поміщені щітки 3, курка 1, що представляє собою відкидну деталь, що передає тиск пружини 2 на щітку. Щіткотримач кріплять на пальці затискачем 5. Щітка забезпечена гнучким тросом 6 для включення її в електричний ланцюг машини.
Всі щіткотримачі однієї полярності з'єднані між собою мідними шинами,
підключеними до виводів машини. Кількість щіткових комплектів відповідає числу головних полюсів. Щітки розташовують на колекторі по осі головних полюсів У машинах малої потужності застосовують трубчасті щіткотримачі, які кріплять в підшипниковому щиті.
Щітки залежно від складу порошку, способу виготовлення і фізичних властивостей поділяють на шість основних груп: вугільно-графітові, графітові, електрографітові, мідно-графітові, бронзографітові і срібно-графітові.
Підшипникові щити електричної машини служать як сполучні деталей між станиною і якорем, а також опорною конструкцією для якоря, вал якого обертається в підшипниках, встановлених в щитах.
Принцип дії
На малюнку 6 показаний поперечний розріз спрощеної моделі колекторного двигуна. Якщо до щіток А та В подати напругу U від джерела постійного струму, то в обмотці якоря з’явиться струм ia. У результаті взаємодії струму ia у сторонах a та d витка с полем постійного магніту (полем збудження) з’являться електромагнітні сили, H що створюють електромагнітний момент.
Під дією цього моменту якір приходить в обертання. Після повороту якоря на 180°електромагнітні сили і електромагнітний момент не змінять свого напряму, оскільки при переході кожного пазового провідника обмотки якоря із зони одного магнітного полюса в зону іншого полюса постійного магніту в цих провідниках міняється напрям струму. Пояснюється це тим, що при повороті якоря на 180° пластини а' і d' колектора міняються місцями. Таким чином, призначення колектора і щіток в двигуні постійного струму полягає в тому, щоб змінювати напрям струму у витках обмотки якоря при їх переході із зони одного магнітного полюса в зону іншого полюса, при цьому напрям електромагнітних сил, що створюють електромагнітний момент М, що обертає, залишається незмінним.
2.2 Основні типи асинхронних двигунів
Асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором.
Асинхронні ел. двигуни найпоширеніші ел. двигуни в усьому світі. Простота їх конструкції, і низька вартість цілком може характеризувати «коротиші» найпозитивнішим чином. Принцип дії цих двигунів можна розглядати тільки в контексті з їх конструкцією, тому давайте розглянемо основні вузли і, природно, відповідну термінологію. Асинхронні електричні двигуни змінного струму з короткозамкнутим ротором складаються з двох основних вузлів: статора і ротора.
Ротор (малюнок 7) це та частина двигуна, яка обертається всередині статора. З конструктивної точки зору ротор - тіло обертання, що означає симетрію відносно осі обертання. Ротор, в принципі, дуже простий і цілком надійний. Виглядає він як звичайна циліндрична болванка з якої стирчать кінці валу, але це тільки здається, що ротор простий. Виготовляється він з різних матеріалів і з досить точними розмірами.
У роторі є обмотка, але побачити її не представляється можливим так, як обмотка ця виконується досить незвичайним чином. Обмотку заливають у пази ротора розплавленим алюмінієм. Іноді її виконують з мідних стрижнів, які забивають в пази і приварюють по обох кінцях до мідних кілець. У результаті, виходить, що обмотка у роторі короткозамкнена і виглядає вона як «біляча клітка» ( див. малюнок 8).
Такі обмотки досить масивні і тому механічно міцні. Якщо ел. двигун буде працювати в штатному режимі або при короткочасних перевантаженнях, то така обмотка практично вічна. Звідси і висока надійність усього асинхронного ел. двигуна з к.з. ротором.
Осердя ротора виходить не однорідним. Але навіщо така складність у виготовленні? Ясна річ, шихтувати осердя з окремих пластин доводиться не для забави. Справа в тому, що при змінному струмі магнітний потік, який проходить по сердечникові теж змінний. При цьому в кожній пластині наводяться вихрові струми, які виділяються у вигляді тепла. Вихрові струми паразитні так, як нагрівання осердя, власне, нам не потрібен. Завдання будь-якого ел.двигуна - перетворювати електричну енергію в механічну. Нагрів - це втрати ел. енергії та зниження ККД машини.
Порівняння асинхронного двигуна з кз ротором і фазним ротором.
Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором має важливі відмінності як від асинхронного двигуна з фазним ротором, так і від двигунів постійного струму. Ці відмінності обумовлені конструктивною особливістю його ротора, що виключає можливість введення додаткових опорів в ланцюг роторної обмотки. При пуску асинхронного двигуна з фазним ротором в ланцюг його ротора вводять додаткові опору. Підбором відповідної величини опору 
пускового реостата можна зменшити пусковий струм двигуна до будь-якої необхідної величини. У той же час введення опорів в ланцюг ротора дозволяє регулювати пусковий момент двигуна. При певній величині опору пускового реостата можна отримати найбільший пусковий момент, відповідний перевантажувальної здатності двигуна. Поступово виводячи опір в міру розгону, отримують швидкий пуск двигуна при обмеженій величині струму. Інакше протікає пуск двигуна з короткозамкненим ротором. Якщо ротор виконаний з круглими пазами, то початковий пусковий момент двигуна невеликий. Ввести додатковий опір в
ланцюг ротора і тим самим зменшити пусковий струм і збільшити пусковий момент двигуна тут неможливо. Великий пусковий струм двигуна, що перевищує в 4,5 - 7 разів номінальний, завантажує мережу, викликаючи при великій потужності двигуна зниження напруги в живильній мережі. Це несприятливо позначається на умовах роботи інших струмоприймачів.
Обмежений пусковий момент, що становить 0,8 - 1,3 від номінального, ускладнює пуск двигуна під навантаженням. Якщо пусковий момент менше моменту навантаження на валу, то, очевидно, двигун буде загальмований навантаженням і взагалі не розженеться.
Тому пусковий струм і пусковий момент асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором є його найважливішими експлуатаційними показниками. Зменшити пусковий струм короткозамкнутого двигуна можна шляхом введення в ланцюг його статорної обмотки додаткового опору. Однак при цьому зменшується перевантажувальна здатність двигуна і в ще більшому ступені його пусковий момент. Тому такий спосіб обмеження струму застосовується тільки в тих випадках, коли двигун пускається з невеликим навантаженням на валу, а його потужність сумірна з потужністю трансформатора, від якого він отримує напругу.
Поліпшеними пусковими властивостями володіють двигуни зі спеціальним виконанням ротора - з глибоким пазом або з подвійною білячої клітиною. При пуску такі двигуни розвивають підвищений пусковий момент в порівнянні з двигунами нормального виконання. Крім того, спеціальне виконання коротко замкнутого ротора дещо обмежує і пусковий струм двигуна. Більшість же двигунів з короткозамкненим ротором має пусковий момент, значно менше критичного. Тому при виборі двигуна потрібно перевіряти його не тільки по нагріванню і перевантажувальної здібності, але і по пусковому моменту. Друга важлива відмінність двигуна з короткозамкненим ротором від двигуна з фазовим ротором пов'язано з втратами енергії, що виділяються в двигуні під час пусків і гальмувань. Втрати енергії в опорах статорної і роторної ланцюгів при пуску залежать від квадрата струму, а також від тривалості часу пуску. Якщо
порівняти втрати енергії при пуску двигуна з фазним ротором, з відповідними втратами при пуску двигуна з короткозамкненим ротором, неважко зробити висновок, що пускові втрати в короткозамкнений двигун більше. Дійсно, при однаковій тривалості пуску пусковий струм двигуна з короткозамкненим ротором в 2,5 - 3,5 рази більше, ніж пусковий струм двигуна з кільцями, який обмежується пусковим реостатом. Отже, втрати енергії в обмотках статора і ротора за час пуску для двигуна з короткозамкненим ротором в 6 - 12 разів вище, ніж у двигуна з фазовим ротором. Великі втрати при пусках і гальмуваннях асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором викликають його додатковий нагрів. При тривалому режимі роботи, коли двигун пускається лише кілька разів на добу, цей додатковий нагрів в середньому невеликий і практично не позначається на допустимому навантаженні. При повторно-короткочасному режимі в залежності від тривалості та характеру робочого циклу двигун повинен включатися від десятків до кількох сотень і навіть тисяч разів на годину. Очевидно, в такому режимі великі втрати при пусках і гальмуваннях будуть надавати дуже істотний вплив на нагрівання двигуна, і не враховувати їх при виборі двигуна неприпустимо.
Асинхронний двигун з фазним ротором (мал. 11, 12) застосовують для приводу таких машин і механізмів, які пускаються в хід під навантаженням (крани, ліфти та ін.) У подібних приводах двигун повинен розвивати при пуску максимальний момент, що досягається за допомогою пускового реостата
У цих випадках на роторі укладається трифазна обмотка з геометричними осями фазних котушок (1), зсунутими в просторі один відносно одного на 
120градусів.
Фази обмотки з'єднуються зіркою і кінці їх приєднуються до трьох контактних кілець (3), насадженим на вал (2) і електрично ізольованим як від валу, так і один від одного. За допомогою щіток (4), що знаходяться в ковзному контакті з кільцями (3), є можливість включати
в ланцюзі фазних обмоток регулювальні реостати (5). Асинхронний двигун з фазним ротором має кращі пускові та регулювальні властивості, проте йому притаманні великі маса, розміри і вартість, ніж асинхронному двигуну з короткозамкненим ротором
Мал.11. Електрична схема асинхронного двигуна з фазним ротором (а) і його умовне графічне зображення (б): 1 - статор; 2 - ротор; 3 - контактні кільця зі щітками, 4 - пусковий реостат
Мал 12. Основні конструктивні вузли асинхронного двигуна з фазним ротором: 1 - пристосування для підйому щіток; 2, 12 - підшипникові щити; 3 - щіткотримачі, 4 - траверса; 5 - обмотка статора; 6 - остов; 7 – осердя статора; 8 - коробка з виводамии; 9 – осердя ротора; 10 - обмотка ротора; 11 - контактні кільця
Обмотку фазного ротора зазвичай з'єднують «зіркою». Кінці її приєднують до трьох контактних кілець, до яких за допомогою щіток підключають трифазний пусковий реостат, тобто в кожну фазу ротора у момент пуску вводять додаткове активний опір.
Для зменшення зносу контактних кілець і щіток двигуни з фазним ротором іноді постачають пристосуваннями 1 (див. мал.12) для підйому щіток і замикання кілець на коротко після виключення реостата.
Лінійний двигун є електричною машиною, принцип роботи якої заснований на використанні енергії бігового магнітного поля. Основна перевага таких
двигунів полягає у відсутності кінематичних ланцюгів для перетворення обертального руху в лінійне, що істотно спрощує конструкцію приводиться в рух механізму і підвищує його ККД. Існує велика різноманітність лінійних двигунів. В даний час більший інтерес проявляється до асинхронних лінійним двигунам як відносно простим за конструкцією.
Ці двигуни можна представити як розрізану з твірною і розгорнуту в площину звичайну асинхронну машину обертального руху. Розгорнутий у площину статор асинхронного двигуна є первинним елементом, а розгорнутий ротор вторинним елементом лінійного двигуна (мал. 1).
Сталевий сердечник первинного елемента виконується з шихтованої сталі, а в його пазах укладається багатофазна (зазвичай трифазна) обмотка. Вторинний елемент виконується з короткозамкненою обмоткою, укладеної в пази сталевого сердечника, або являє собою суцільну струмопровідну пластину. Пластина виготовляється з міді, алюмінію або феромагнітної сталі. При включенні обмотки первинного елемента в багатофазну мережа утворюється магнітне поле, яке переміщається уздовж магнітопроводу зі швидкістю
V 1 = 2τf 1
де τ - полюсний поділ;
f 1 - частота живлячої напруги.
При своєму переміщенні магнітне поле індукує у вторинному елементі машини ЕРС. Ця ЕРС викликає струми, від взаємодії яких з магнітним полем утворюється механічна сила (тягове зусилля), яка прагне зрушити елементи відносно один одного.
У лінійному двигуні в залежності від його конструкції і призначення можливо відносне переміщення як первинного, так і вторинного елемента. Як і в
звичайному асинхронному двигуні, переміщення елемента відбувається з деяким ковзанням щодо поля
S = ( v 1 – v ) / v 1
де v- швидкість руху елемента.
Номінальна ковзання лінійного двигуна одно 2-6%.
На роботу лінійного двигуна справляють істотний вплив крайові ефекти, що виникають із-за кінцевих розмірів розімкнутих магнітопроводів елементів. Це призводить до погіршення таких характеристик, як тягове зусилля, коефіцієнт потужності і ККД.
Лінійні двигуни можуть бути успішно застосовані на стрічкових і візкових конвеєрах, в приводах ескалаторів та рухомих тротуарів, в металорізальних і ткацьких верстатах, де робочі органи здійснюють зворотно-поступальний рух. Великі перспективи має застосування лінійних двигунів для транспорту. Основною перевагою лінійного двигуна в цьому випадку є можливість отримання високих швидкостей руху до 400-500 км / ч.
Однофазний конденсаторний двигун
Асинхронний електродвигун, що живиться від однофазної мережі і має на статорі дві обмотки, одна з яких включається в мережу безпосередньо, а інша - послідовно з електричним конденсатором для утворення обертового магнітного поля. 
Конденсатори створюють зсув фаз між струмами обмоток, осі яких зміщені в просторі. Найбільший обертаючий момент розвивається, коли зсув фаз струмів становить 90, а їх амплітуди підібрані так, що обертове поле стає круговим. При пуску К. а.д. обидва конденсатора включені, а після його розгону один з конденсаторів відключають; це обумовлено тим, що при номінальній частоті обертання потрібно значно менша ємність, ніж при пуску. К. а. д. по пускових і робочих характеристик близький до трифазного асинхронного двигуна. Застосовується в електроприводах малої потужності; при потужностях понад 1 квт використовується рідко внаслідок значної вартості і розмірів конденсаторів. Є також двофазний асинхронний двигун та трифазний на відміну від трифазного, має можливість плавного регулювання частоти обертання ротора. Робиться це одним із двох способів: амплітудним (зміною напруги U) і фазним (зміною ємності конденсатора С). Двофазні двигуни отримали широке поширення в побутових приладах та лабораторної практиці.
Розрахункова частина
Розрахунок механічних характеристик
Для двигуна постійного струму незалежного збудження типу4ПФ112S,
дано такі паспортні данні двигуна: 
= 4 кВт; U= 220В; 
= 24 А; 
= 900об/хв; 
Номінальний опір двигуна:
Коефіцієнт корисної дії двигуна при номінальному навантаженні:
Опір якоря двигуна:
Швидкість ідеального холостого ходу двигуна:
Природна характеристика є прямою лінією, що проходить через крапки 
= 107 рад/сек. I=0 і 
= 94,2 рад/сек; 
= 24 А. (див. у додатках малюнок 1)
