Принцип действия и преобразование энергии в машинах постоянного тока
Принцип действия электрической машины постоянного тока может быть рассмотрен на примере простейшего генератора постоянного тока. Она представляет собой рамку, содержащую один или w витков, и вращающуюся с частотой ω в постоянном магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом или электромагнитом.
По закону электромагнитной индукции при изменении потокосцепления в проводниках возникает ЭДС
(5.1),
где Ψ- потокосцепление, w- число витков, B- магнитная индукция, S- сечение, через которое проходит поток при взаимодействии с обмоткой. ЭДС возникает, если меняется во времени хотя бы одна из величин, стоящих в числителе формулы(5.1). В трансформаторах и машинах переменного тока изменяется магнитная индукция, а в машинах постоянного тока индукция постоянна, а изменяется площадь сцепления обмоток якоря с полем возбуждения из-за вращения ротора.
Если проводник перемещается в магнитном поле в плоскости, перпендикулярной силовым линиям, как это бывает в линейных двигателях, то
,
где l- длина проводника в поле, v- линейная скорость перемещения проводника.
Тогда согласно (5.1)
(5.2).
При вращении с частотой ω
,
где D- диаметр ротора. В этом случае согласно(5.1) получим
(5.3),
т.е. в обмотке якоря индуцируется ЭДС, изменяющаяся по периодическому закону с частотой 
Чтобы во внешней цепи ток протекал в одном направлении, он должен быть выпрямлен. Для этого служит специальный электромеханический выпрямитель - коллектор (К), расположенный на валу машины. В простейшем случае используются две пластины с наложенными на них щетками. Последние так должны быть расположены в пространстве, чтобы коммутация происходила в моменты периода ЭДС через ноль. С увеличением количества рамок (секций) и соответственно пластин коллектора пульсации уменьшаются. Магнитное поле, создаваемое в машине постоянного тока, состоит из двух составляющих - поля возбуждения, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом и поля якоря (реакции) якоря, создаваемого током якоря, протекающим в обмотках якоря, расположенных на роторе. Поле возбуждения неподвижно относительно статора, а поле реакции якоря из-за синхронной коммутации обмоток якоря вращается относительно ротора с той же частотой ω, с какой вращается сам ротор, но в обратную сторону, и таким образом также неподвижно относительно статора. Направление потока реакции якоря совпадает с линией, на которой размещены щетки машины. Происходит искажение поля возбуждения и отклонения так называемой физической нейтрали от геометрической нейтрали на угол α. Чем больше нагружена машина, тем больше ток якоря, происходит большее искажение поля, натяжение магнитных силовых линий и увеличение угла α. Таким образом, по принципу действия машина постоянного тока является обращенной синхронной машиной с синхронным коммутатором, в которой создается вращающееся магнитное поле не относительно статора, а относительно ротора, причем благодаря наличию коллектора (синхронного коммутатора) это поле вращается синхронно с ротором, но в обратную сторону, а при увеличении нагрузки происходит фазовый разворот этого поля относительно поля статора на угол α. Весьма важен в машине постоянного тока процесс коммутации. При коммутации ток в коммутируемой секции обмотки якоря ik меняет направление на обратное.