Щеточные двигатели постоянного тока, как правило, выпускаются двух типов, в зависимости от конструкции статора: с постоянным магнитом или с намотанным полем. Оба типа двигателей используют ток и обмотки для создания магнитного поля в роторе, но они различаются тем, как создается магнитное поле статора: с помощью постоянных магнитов внутри статора или с помощью электромагнитных обмоток.

Двигатели с обмоткой возбуждения дополнительно классифицируются в зависимости от того, как соединены обмотки якоря (ротора) и возбуждения (статора): последовательная обмотка, шунтирующая обмотка или составная обмотка. Хотя рабочие характеристики различаются в зависимости от трех конструкций двигателей с обмоткой возбуждения, эти двигатели, как правило, обладают более высоким крутящим моментом и скоростью вращения, чем двигатели с постоянными магнитами.

Когда обмотки якоря и обмотки возбуждения соединены последовательно, двигатель называется двигателем постоянного тока с “последовательной обмоткой”. Последовательное подключение означает, что ток через якорь и обмотки возбуждения равен (I_весь= Я_a= Я_f), что позволяет двигателю вырабатывать значительное количество тока. А для двигателей с последовательным заводом крутящий момент пропорционален квадрату тока, поэтому эти двигатели способны выдавать очень высокий крутящий момент, особенно при запуске.

С другой стороны, двигатели с последовательным заводом не подходят для регулирования скорости. Вот почему: по мере загрузки двигателя его частота вращения уменьшается, что приводит к обратная ЭДС уменьшаться, а сетевое напряжение увеличиваться. Это повышенное напряжение приводит к увеличению тока якоря и тока возбуждения. Но ток в конечном счете становится достаточно высоким, чтобы вызвать насыщение магнитного поля, и поток между якорем и статором будет увеличиваться медленнее, чем скорость увеличения тока. Таким образом, двигатель не в состоянии развить достаточный крутящий момент, чтобы вернуть скорость к предварительно заданному значению.

Уравнение напряжения для двигателя постоянного тока:

E_сеть= E-E_b

E_сеть = сетевое напряжение

E = напряжение питания

E_b = напряжение обратной ЭДС

Основываясь на этих характеристиках — высоком пусковом моменте, но плохом регулировании скорости — двигатели постоянного тока с обмоткой серии R часто используются в качестве стартерных двигателей для крупногабаритного оборудования с высокой инерционной нагрузкой, такого как краны и лифты. Они также встречаются в потребительских товарах, требующих лишь грубой регулировки скорости, таких как блендеры и ручные инструменты.

То универсальный двигательэто специальная конструкция серийного двигателя с обмоткой, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока.

Когда обмотки якоря и возбуждения соединены параллельно, двигатель называется двигателем постоянного тока с “шунтирующей обмоткой”. (На электрическом языке параллельная цепь называется шунтом.) Параллельное соединение между обмотками означает, что ток, подаваемый на двигатель, распределяется между якорем и полем (I_весь= Я_a+ Я_f). Шунтирующие (возбуждающие) обмотки обладают высоким сопротивлением, что предотвращает их потребление большого тока при запуске. Но в отличие от серийных двигателей, шунтирующие двигатели обеспечивают очень хорошее регулирование скорости.

Первоначальный эффект увеличения нагрузки на шунтирующий двигатель такой же, как и для двигателя с последовательным заводом: скорость снижается, уменьшается обратная ЭДС и увеличивается напряжение сети. Но в двигателе с шунтирующей обмоткой повышенное напряжение сети приводит к увеличению тока якоря. В шунтирующем двигателе крутящий момент пропорционален току якоря, поэтому крутящий момент увеличивается. Этот дополнительный крутящий момент увеличивает частоту вращения двигателя, чтобы компенсировать снижение, которое произошло при приложении нагрузки. Все это происходит мгновенно, что делает шунтирующие двигатели постоянного тока по существу устройства с постоянной скоростью вращения, независимо от нагрузки.

Двигатели постоянного тока с шунтирующим приводом, обладающие низким пусковым моментом и постоянной частотой вращения, используются там, где требуется хорошее регулирование скорости при различных нагрузках, например, на шлифовальных и токарных станках. Другим распространенным применением двигателей с шунтирующей обмоткой являются процессы, требующие постоянного натяжения, такие как печать и намотка.

Представляющий собой гибрид между конструкциями с последовательной обмоткой и с шунтирующей обмоткой, двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой имеет обмотку возбуждения, которая подключена последовательно с обмоткой якоря, и другую обмотку возбуждения, подключенную параллельно (шунтирующую) с обмоткой якоря. Существует несколько подтипов двигателей постоянного тока с составной обмоткой, в зависимости от того, подключена ли шунтирующая обмотка возбуждения только через обмотку якоря (называемая конструкцией “короткого шунта”), или шунтирующая обмотка возбуждения подключена через последовательную комбинацию якоря и обмотки возбуждения (называемая конструкцией «короткого шунта»). как конструкция “длинного шунта”).

В конструкции короткого замыкания, если полярность поля шунта совпадает с полярностью последовательного поля и якоря, это называется совокупный составной двигатель обладает комбинированными характеристиками двигателей с последовательным заводом и шунтирующим приводом: высоким пусковым моментом и хорошей регулировкой скорости. И наоборот, если полярность шунтирующего поля противоположна полярности последовательного поля и якоря, это называется дифференциальный составной двигатель.

Двигатели Cumulative compound используются в широком спектре применений, от конвейеров до тяжелого оборудования, такого как шаровые мельницы. Двигатели с дифференциальным комбинированным приводом имеют мало практических применений, поскольку они имеют тенденцию к превышению скорости при уменьшении нагрузки и значительному снижению скорости при увеличении нагрузки.