Согласно третьему закону электромеханики все электрические машины обратимы. Иначе говоря, они могут работать и как генератор, и как двигатель. Этой способностью электрические машины выгодно отличаются от других преобразователей энергии. Например, от дизельных двигателей или двигателей внутреннего сгорания. Ярким примером работы электромашины в разных режимах является двигатель электровоза. При движении электровоза его двигатель забирает электроэнергию из сети, как и любой другой электродвигатель. Но при торможении он наоборот отдает электроэнергию в сеть. То есть, работает в генераторном режиме.
Электрические машины постоянного тока
Электрические машины постоянного тока тоже не являются исключением из этого правила. К примеру, если по обмоткам возбуждения и якоря пропустить постоянный ток, то ротор будет вращаться. (Чем отличается ротор от якоря можно прочитать здесь.) То есть, электрическая машина постоянного тока в данном случае будет электродвигателем.
Однако, если к обмотке возбуждения подключить источник постоянного тока и при этом вращать ротор, то в обмотке якоря создается переменная ЭДС. Иначе говоря, по обмотке якоря начинает протекать переменный электрический ток. Это ток снимают посредством проводников с щетками подключенными к контактным кольцам ротора. Если контактные кольца заменить полукольцами, то появляется возможность снимать выпрямленный электрический ток. То есть, в этом случае электромашина постоянного тока будет работать в режиме генератора.
Наличие магнитного поля позволяет обеспечивать работу электрических машин. Обычно магнитное поле у машин постоянного тока создается обмоткой возбуждения. Разумеется, что обмотка возбуждения питается постоянным током. От того, каким образом подключается в цепь обмотка возбуждения, по большому счету зависят основные свойства машины постоянного тока. Иначе говоря, электрические машины постоянного тока подразделяются по способу возбуждения.
1) Электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения. То есть, это такие машины, у которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединяются последовательно. Двигатель постоянного тока, у которого обмотки подключены подобным образом может выдерживать перегрузки. Потому как даже при небольшом увеличении силы тока в якоре вращающий момент на валу сильно возрастает.
Электрическая машина постоянного тока с последовательным возбуждением
2) Электрические машины постоянного тока с параллельным возбуждением. Иначе говоря, в таких машинах обмотка якоря и обмотка возбуждения соединяются параллельно. У двигателей постоянного тока с подобным подключением обмоток скорость вращения мало изменяется при изменении механической нагрузки на валу.
Электрическая машина постоянного тока с параллельным возбуждением
3) Электрические машины постоянного тока со смешанным возбуждением. В таких машинах имеются две обмотки возбуждения. Одна из обмоток возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря. Другая обмотка возбуждения включается параллельно с обмоткой якоря. У двигателей с таким подключением обмоток существует умеренная зависимость скорости вращения от силы тока в обмотке якоря.
Электрическая машина постоянного тока со смешанным возбуждением
4) Электрические машины постоянного тока независимого возбуждения. Это — машины, у которых питание обмотки возбуждения происходит от источника постоянного тока, электрически не связанного с обмоткой якоря. Другими словами, у обмотки якоря и у обмотки возбуждения — разные источники питания.
Электрическая машина постоянного тока с независимым возбуждением
5) Электрические машины постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами. Такие машины отличаются от других электромашин постоянного тока. У всех других машин постоянного тока происходит электромагнитное возбуждение. То есть, магнитное поле создается электрическим током, когда он протекает по обмотке возбуждения. А у машин с возбуждением постоянными магнитами магнитное поле создается непосредственно этими магнитами. Стоит отметить, что подобные электрические машины имеют небольшую мощность. А также довольно простое устройство. Подробнее о принципе их работы можно прочитать здесь.
Электрическая машина постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами
Генераторы постоянного тока обычно применяются в случае необходимости иметь самостоятельный источник питания. К примеру, для электродвигателей, а также для питания некоторых видов электромагнитов. Электродвигатели постоянного тока нужны там, где необходимо плавно изменять скорость вращения. Применяются в электровозах, троллейбусах и некоторых видах подъемных кранов.