Статор (индуктор) машины постоянного тока (см. рис. 2.1,а) состоит из цилиндрической станины (корпуса), полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов.

Станина (рис.2.2,а), являющаяся основой неподвижной части машины, отливается или выполняется сварной из стали с боль­шой магнитной проницаемостью, так как играет роль и магнитопровода. На внутренней стороне станины располагаются симметрично полюсы. В машинах малой и средней мощностей к цилиндрической танине с торцов крепятся подшипниковые щиты с подшипниками. В мощных машинах подшипники иногда выносятся на отдельные стояки.

Основные полюсы с током в катушках обмотки (рис. (2.2,а и б) создают в машине магнитное поле. Каждый полюс является электромагнитом, состоит из стального сердечника с полюсным нако­нечником (башмаком) и катушечной обмотки из изолированного мед­ного провода (рис.2.2,в). Обмотка основных полюсов составляет обмотку возбуждения машины. Сердечник полюса для уменьшения по­терь на вихревые токи (возникающих в полюсном наконечнике из-за пульсации магнитной индукции при вращении якоря с зубчатой по­верхностью) набирается в виде пакета из листовой электротехнической стали толщиной 0,5-2 мм и стягивается шпильками. Полюсы крепятся к станине болтами или шпильками.

Добавочные полюсы (рис.2.2,г) устроены аналогичноно, но их сердечники чаще делаются из литой стали и имеют малую магнитную индукцию. Они устанавливаются симметрично между основными полюсами (см. рис.2.2,а), содержат обмотку из толстого изолированного провода (включается последовательно с якорем) и предназначаются для устранения искрения щеток .

Якорь (ротор) машины постоянного тока (см. рис. 2.1,б) состоит из стального вала, стального сердечника, обмотки и коллектора.

Сердечник якоря (рис. 2.3,а) представляет собой целиндрический барабан, в продольных наружных пазах которого раз­мещается обмотка якоря. Для уменьшения потерь на вихревые токи (во время работы якорь вращается в постоянном и неподвижном маг­нитном поле статора) сердечник набирается из изолированных штам­пованных листов электротехнической стали (рис. 2.3,б) толщиной 0,35 или 0,5 мм. Сердечник жестко закрепляется на валу (шпонкой или нажимными шайбами). Для лучшего охлаждения в сердечнике якоря имеются осевые вентиляционные каналы, а в машинах большой мощности - и радиальные каналы между пакетами сердечника. В машинах малой и средней мощностей применяется самовентиляция - воздух прогоняется вентилятором, который насаживается на вал якоря (см. рис. 2.1,б), в машинах большой мощности используется независимое охлаждение - от вентилятора с собственным приводом. В сердечниках якоря имеются пазы разнообразной формы: полузарытый грушевидный (рис. 2.3,б), и открытый прямоугольный (см. рис 2.3,в и г).

Коллектор (рис. 2.3,д) набирается из клинообразных медных пластин (ламелей), которые изолируются друг от друга миканитом. В прорезь выступа коллекторной пластины впаиваются два конца соседних секций обмотки якоря.

В машинах малой мощности с частотой вращения до 10 тыс. об/мин коллектор может иметь пластмассовый корпус (рис. 2.3,е). .

Обмотка якоря машины постоянного тока электрически замкнута (рис. 2.4,а). Однако, поскольку она выполнена симметричной, как и чередующиеся полюсы статора, алгебраическая сумма индуцированных в ней пульсирующих э. д. с. равна нулю и ток в контуре обмотки отсутствует. Для получения на обмотке якоря эквивалентной вы­прямленной э. д. с., которая является источником постоянного тока для внешней цепи, используются коллектор и щетки.

Работа коллектора наглядно может быть иллюстрирована схемой кольцевого якоря, показанной на рис. 2.4,а, где обмотка якоря изображена без кольцевого сердечника в виде шести витков-секций, со­единенных в замкнутый контур и связанных электрически с коллектором. Чтобы не затемнять схему, условно щетки с выводами для внешней цепи изображены на внутренней стороне пластин коллектора. Направление э. д. с. в витках обмотки якоря, вращающегося с угло­вой частотой относительно неподвижных полюсов и щеток, опреде­ляется правилом правой руки. Как следует из рис. 2.4,а, обмотка якоря делится щетками на две параллельные симметричные ветви, э. д. с. которых направлены встречно.

Для получения наибольшего возможного значения эквивалентной выпрямленной э. д. с. е во внешней цепи щетки устанавливаются на геометрической нейтрали, т. е. в таком положении, чтобы они соеди­нялись через коллекторные пластины с секциями обмотки, которые в данный момент проходят через геометрическую нейтраль и не пере­секают линии магнитного поля статора (е == 0). Как в верхней, так и в нижней ветви обмотки (см. рис. 2.4,и) пульсирующие переменные э. д. с. отдельных секций складываются. Следовательно, эквивалент­ная э. д. с. машины е между щетками равна сумме мгновенных э.д.с.е_к всех секций верхней или нижней ветви обмотки:

е= е₁+е₂+е₃=е₄+е₅+е₆ (2.1)

и является пульсирующей, как показано на графиках э. д. с. (рис. 2.4,б).

При вращении якоря, благодаря симметрии машины, эквивалент­ная э. д. с. е между щетками пульсирует мало: выход из состава верх­ней ветви одной секции, например 1(е₁) при правом вращении, одно­временно компенсируется переходом в эту ветвь противоположно рас­положенной секции 4 (е₄) из нижней ветви. При этом их э. д. с. меня­ют направление, так как наводятся полями других полюсов.

В реальных машинах постоянного тока обмотка якоря насчиты­вает десятки секций (соответственно столько же пластин имеет кол­лектор) и пульсация выпрямленной э. д. с. становится практически незаметной. Поэтому э. д. с. якоря Е оказывается постоянной .

Как следует из рис. 2.4,а, в двухполюсной машине имеются две параллельных ветви в обмотке якоря, т. е. число пар параллельных ветвей а = 1. С увеличением числа полюсов (и щеток) в машине соот­ветственно возрастает и число пар параллельных ветвей обмотки яко­ря. Для четырехполюсной машины а = 2 (рис. 2.4,в).

Современные машины имеют барабанный якорь с двухслойной об­моткой, которая по' типу может быть петлевой (параллельной), вол­новой (последовательной) и комбинированной, сочетающей в себе эле­менты двух первых.

Обмотка якоря составляется из отдельных секций, концы кото­рых припаиваются к пластинам коллектора. Секции имеют по два активных участка и могут состоять из одного, двух или нескольких витков (рис. 2.5). Секции обмотки укладываются в пазах ба­рабана якоря в два слоя (один участок вверху одного паза, другой - внизу другого паза) и в определенном порядке, чтобы при вращении якоря их участки всегда находились под разными полюсами статора (отстояли друг от друга примерно на одно полюсное деление т), т. е. чтобы индуцированные в них э. д. с. действовали согласно и склады­вались.

Для правильной укладки секций обмотки в пазах барабана якоря и соединения их с коллектором необходимо знать: полюсное деление, шаги обмотки по якорю и шаг по коллектору. Полюсное деление -это окружости якоря, приходящаяся на один полюс, или рас­стояние между осями соседних полюсов:

(2.2)

где D -- диаметр якоря; 2р - число основных полюсов (р - числопар полюсов) машины.

Петлевая обмотка изображена на рис. 2.5. Она нама­тывается так, что конец ее последней секции соединяется с началом первой т. е. она всегда замкнута. При обходе замкнутой петлевой обмотки э д. с. в ее секциях изменяют свое направление под каждым полюсом.'Обмотка делится на число пар параллельных ветвей а равное числу пар основных полюсов машины (см. рис. 10.4), т. е. для петлевой обмотки всегда

a=p (2.3)

Такое деление обмотки фиксируется щетками на коллекторе. Число щеток равно числу основных полюсов машины. Щетки уста­навливаются на коллекторе по оси полюсов (при наличии добавочных полюсов) так, чтобы они соединялись с участками секции, которые в данный момент почти не пересекают силовые линии. Каждая щетка обычно перекрывает на коллекторе несколько пластин. Так как сек­ции в каждой параллельной ветви обмотки соединены последователь­но, то их э. д. с. складываются. В машине все параллельные ветви и их щетки соединяются параллельно, поэтому петлевая обмотка называет­ся еще параллельной.

Концы секций волновой обмотки присоединяются к пластинам коллектора, расстояние между которыми почти равно двойному полюсному делению. Эта обмотка несколько раз обходит якорь по окружности, прежде чем ее стержни займут все пазы и конец последней секции соединится с началом пер­вой (см. рис. 2.6,в и г). Индуцированные в участках секции переменные э. д. с. имеют согласованное направление.

В волновой обмотке, в отличие от петлевой, число параллельных ветвей всегда равно двум независимо от числа полюсов машины, т. е.,

a = 1 (2.4)

Так получается потому, что каждая половина секций, расположенных под основными «северными» N или «южными» 5 полюсами, образует лишь одну параллельную ветвь (см. рис. 2.6,г). Однако для умень­шения размеров коллектора и разгрузки щеток в машинах с волновой обмоткой число щеток берут равным числу основных полюсов 2р и соединяют их через одну в две цепи.

Комбинированная обмотка применяется в мощных машинах постоянного тока при напряжении свыше 600 В.