Устройство простейшей машины. На рис.1-1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рис.1-2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Неподвиж-ная часть машины, называемая индуктором, сост-т из полюсов и круглого стального ярма, к кт. прикрепляются полюсы. Назначением индуктора явл-ся создание в машине осн-го маг-го потока. Индуктор изобр-ой на рис. простейшей машины имеет 2 полюса 1 (ярмо индуктора на рис не показано). Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанной на рис. 1-1 и 1-2 простейшей машине имеет 1 виток. Концы витка соед-ны с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рас-мом случае = 2м. На коллектор налегают 2 неподвижные щетки 4, с пом-ю кт. обмотка якоря соед-ся с внешней цепью. Осн-ой магнитный поток в нормальных машинах пост-го тока созд-ся обмоткой возбуждения, кт. расп-на на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Маг-ый f, поток проходит от северного полюса N ч/з якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изгот-ся из ферромагнитных мат-лов.
Режим генератора. Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора.
Рис 1-3 Правило правой (а) и левой руки
Предположим, что якорь машины (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с, направление которой может быть определено по правилу правой руки (рис- 1-3, а) и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта э. д. с. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется э. д. с. вращения. Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря э. д. с. епр = Blv, где В — величина магнитной индукции в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l — активная длина проводника, т. е. та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v — линейная скорость движения проводника.
В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины
Ea = 2enp=2Blv. Э. д. с, Еа является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление э. д. с. в проводниках меняется. По форме кривая э. д. с. проводника в зависимости от времени t повторяет кривую распределения индукции В вдоль воздушного зазора (рис. 14, а).
Частота э. д. с. / в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря п, выраженной в оборотах в секунду: f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью, f = pn.
В генераторе коллектор явл. механ. выпрямителем, кт. преобразовывает перем. ток обмотки якоря в пост. ток во внешней цепи.
Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше Еа на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря ra. Ua = Ea - Iara.
Проводники обмотки якоря с током 1а находятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рис, 1-2, а) 
направление которых определяется по правилу левой руки (рис. 1З, б). Эти силы создают механический вращающий момент МЭМ, который называется электромагнитным моментом и на рис. 1-2, а равен 
, где Da — диаметр якоря. Как видно из рис. 1-2, а, в режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.
Режим двигателя. Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы Fnp и возникнет электромагнитный момент МЭМ. Величины Fnp и МЭМ как и для генератора, определяются равенствами (1-4) и (1-5), При достаточной величине МЭм якорь машины придет во вращение-и будет развивать механическую мощность. Момент М ЭМмпри этом является движущим и действует в направлении вращения.
В режиме двигателя коллектор превращает потребл. из внешней цепи пост. ток в перемен. в обмотке якоря и работает, т.о. в качестве механич. инвертора тока.
Индуцируется э. д. с. Еaвеличина которой определяется равенством (1-1). Направление этой э. д. с. в двигателе (рис. 1-2,б) такое же, как и в генераторе (рис. 1-2, а). Таким образом, в двигателе э. д. с. якоря Еа направлена против тока 1а и приложенного к зажимам якоря напряжения Va. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой.
Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается э. д. с. Еа и падением напряжения в обмотке якоря:
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.
Преобразование энергии. На рис, 1-5 показаны направления действия механических и электрических величин в якоре генератора и двигателя постоянного тока.
Согласно первому закону Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозящие вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент 
, где МВ – момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем, Мтр — момент сил трения в подшипниках, о воздух и на коллекторе электрической машины, Мс — тормозящий момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.
В двигателе при установившемся режиме работы 
где Мв — тормозящий момент на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной (станок, насос и т. п.).
В генераторе Мэм является движущим, а в двигателе тормозящим моментом, причем в обоих случаях Мви Мэм противоположны по направлению.
Развиваемая электромагнитным моментом Мэм мощность Рэм называется электромагнитной мощностью и равна 
, где 
представляет собой угловую скорость вращения.
Линейная скорость на окружности якоря 
, 
. В обмотке якоря под действием э.д.с. Еа и тока Iа развивается внутренняя электрическая мощность якоря, Рэм = Ра, т. е. внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.
Для генератора 
; для двигателя 
Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей — электромагнитную мощность якоря и последние члены — электрические потери мощности в якоре.
Хотя приведенные соотношения получены для простейшей машины постоянного тока (рис. 1-1), они действительны и в общем случае при более сложной обмотке якоря, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.
Согласно им, механическая мощность, развиваемая на валу генератора первичным двигателем, за вычетом механических и магнитных потерь превращается в электрическую мощность в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во-внешнюю цепь. В двигателе электрическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнитного поля и последняя - в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.
