ماشین‌های الکتریکی
به دستگاهی که بتواند انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی و یا بالعکس تبدیل کند، ماشین الکتریکی گویند. هنگامی که دستگاه، انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند، به آن ژنراتور و هنگامی که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند، به آن موتور می‌گویند. از آنجایی که هر ماشین الکتریکی قادر به تبدیل انرژی در هر جهت است، می‌تواند به عنوان ژنراتور یا موتور به کار گرفته شود.
ماشین‌های DC
به ژنراتورهایی که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی DC و موتورهایی که انرژی الکتریکی DC را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند، ماشین‌های DC گفته می‌شود. اکثر ماشین‌های DC شبیه ماشین‌های AC هستند؛ زیرا جریان و ولتاژ AC درونشان وجود دارد. اما به خاطر مکانسیم ساختاریشان، ولتاژ AC داخلی به صورت ولتاژ DC، به خروجی منتقل می‌شود. به این مکانیسم کموتاتور[1] و به ماشین‌های DC نیز، ماشین‌های یکسوساز[2] می‌گویند.
ساختار یک ماشین DC
در ماشین‌های DC کلاف‌ها برروی قسمت دوار ماشین (روتور) جاسازی‌شده‌اند و اصطلاحا به آن آرمیچر می‌گویند. همچنین به کلاف‌های آرمیچر، سیم پیچ آرمیچر اتلاق می‌گردد. آرمیچر دارای یک محور بوده که بر روی آن صفحات دایره‌ای کنار هم قرار می‌گیرند و یک هسته استوانه‌ای مورق را تشکیل می‌دهند.
بطور ساده، یک ماشین DC، از یک آهنربای ثابت به نام استاتور و آرمیچری که با سیم‌پیچ‌هایی به دور یک هسته آهنی (برای متمرکز کردن میدان مغناطیسی) تابانده شده‌است، بوجود می‌آید. سیم‌پیچ‌ها عموماً چندین دور به دور محور هسته پیچیده شده‌اند و در موتورهای بزرگ می‌توان از جریانات موازی زیادی استفاده کرد. مقدار کل جریانی که به سیم پیچ‌ها فرستاده می‌شود، اندازه و تعداد دور سیم پیچ‌ها می‌تواند میزان قدرت میدان نیروی الکترومغناطیسی که تولید می‌شود را تعیین کند.
شکل 1: شکل ساده‌ی یک ماشین DC
سیم‌پیچ‌های آرمیچر به کموتاتور متصل می‌شوند. کموتاتور از تیغه‌های مسی تشکیل شده که در امتداد محور آرمیچر قرار گرفته‌اند. این تیغه‌های مسی نسبت به یکدیگر عایق بوده و همچنین بین این تیغه‌ها و قسمت‌های فلزی دیگر آرمیچر نیز عایق وجود دارد. در حالت ژنراتوری جریان سیم‌پیچ آرمیچر از طریق کموتاتور به مصرف کننده منتقل می‌شود و در حالت موتوری جریان از طریق کموتاتور به سیم‌پیچ آرمیچر می‌رسد.
برای اتصال بین ترمینا‌ل‌های ماشین با کموتاتور، از جاروبک استفاده می‌شود. جاروبک‌ها به بدنه متصل‌اند و دوران نمی‌کنند. جنس جاروبک‌ها، کربن، گرافیت، گرافیت فلزی یا ترکیبی از گرافیت و کربن است؛ زیرا رسانایی زیاد، تلفات الکتریکی را کاهش داده و ضریب اصطکاک کم، سایش بیش‌از حد را کاهش می‌دهد. در ساخت جاروبک از مواد نرم‌تری نسبت به کموتاتور استفاده می‌شود تا سطح کموتاتور با سایش کمتری مواجه شود.
شکل 3: اتصال جاروبک با کموتاتور
به جای استفاده از آهنربای دائم در استاتور، می‌توان از آهنربای الکتریکی استفاده کرد. با تغییر جریان سیم‌پیچ استاتور می‌توان نسبت سرعت/گشتاور موتور را تغییر داد. اگر سیم پیچی میدان به صورت سری با سیم پیچی آرمیچر قرار داده شود، یک موتور گشتاور بالای کم سرعت و اگر به صورت موازی قرار داده شود، یک موتور سرعت بالا با گشتاور کم خواهیم داشت.
بسته به سری یا موازی بودن سیم‌پیچ تحریک با مدار آرمیچر، سه نوع موتور وجود دارد؛ سری، موازی و کمپوند.
شکل 4: انواع موتور DC
[1] commutator
[2] commutation
