Преобразование энергии в электрических машинах происходит по закону электромагнитной индукции.
Рассмотрим закон электромагнитной индукции для генератора.
Рисунок 1 Перемещение проводника в магнитном поле
Если приложить к проводнику, помещенному в магнитное поле, движущую силу F, то он начнет перемещаться перпендикулярно силовым линиям поля. В результате этого в нем будет индуцироваться (наводиться) ЭДС Е, направление которой определяется по правилу правой руки.
Величина ЭДС определяется по формуле:
| E=B·V·l |
(1) |
|
| где | В – магнитная индукция, Тл; | |
| V – скорость перемещения проводника, м/с; | ||
| l – активная длина проводника, т.е. длина его части находящейся в магнитном поле. |
Если концы проводника замкнуть на потребителя (активное сопротивление R), то под действием ЭДС по цепи потечет ток I. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем, создаст на проводнике электромагнитную силу Fэм, направление которой определяется по правилу левой руки. В генераторе электромагнитная сила является тормозной.
Величина электромагнитной силы определяется по формуле:
| Fэм =B·I·l |
(2) |
При равномерном движении проводника движущая сила F равна по величине тормозной Fэм, т.е F= Fэм.
Умножим обе части равенства на скорость V и подставим в него значение Fэм из формулы (2)
| F·V=Fэм·V | ||
| F·V=B·I·l·V | ||
| F·V=E·I |
(3) |
Левая часть равенства - F·V- механическая мощность, затраченная на перемещение проводника в магнитном поле.
Правая часть - E·I – электрическая мощность, развиваемая током I в замкнутом контуре.
Знак равенства показывает, что в генераторе механическая мощность преобразуется в электрическую.
Рассмотрим закон электромагнитной индукции для двигателя.
Рисунок 2 Проводник с током в магнитном поле
Если к проводнику, помещенному в магнитное поле, подвести напряжение от источника постоянного тока, то по нему потечет электрический ток и в результате взаимодействия тока с магнитным полем на проводнике появится электромагнитная сила Fэм, Под действием этой силы проводник начнет перемещаться в магнитном поле и в нем будет индуцироваться ЭДС, направление которой будет противоположно приложенному к проводнику напряжению.
| U=E+I·R |
(4) |
Из уравнения напряжений (4) видно, что часть напряжения приложенного к проводнику уравновешивается ЭДС Е, а другая часть представляет собой падение напряжения на активном сопротивлении проводника.
Умножим обе части равенства (4) на ток I, подставим значение ЭДС из формулы (1) и получим после некоторых преобразований уравнение мощностей двигателя (5).
| U·I= E·I+I2·R | ||
| U·I=B·V·l·I+ I2·R | ||
| U·I= Fэм·V+ I2·R |
(5) |
Следовательно, электрическая мощность (U·I), поступающая в проводник, преобразуется в механическую (Fэм·V), затрачиваемую на перемещение проводника и частично расходуется на нагрев проводника (I2·R).
- для любой электрической машины обязательно наличие магнитного поля и проводников, имеющих возможность взаимного перемещения;
- при работе электрической машины, как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, одновременно наблюдается индуцирование ЭДС в проводниках, перемещаемых в магнитном поле, и возникновение электромагнитной силы Fэм , действующий на проводник при протекании по нему электрического тока;
- одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя (это свойство называется обратимостью электрических машин).
