電機中的能量轉換過程

電機按用途分為兩大類：發電機和電動機……發電機設計用於產生電力，電動機設計用於驅動機車的成對車輪、風扇的轉軸、壓縮機等。

能量轉換過程發生在電機中。發電機將機械能轉化為電能。這意味著為了讓發電機工作，您需要用某種發動機轉動它的軸。例如，在內燃機車上，發電機由柴油機驅動旋轉，在火力發電廠上，由汽輪機驅動， 水力發電廠——水輪機.

另一方面，電動機將電能轉化為機械能。因此，為了讓發動機工作，它必須通過電線連接到電源，或者，正如他們所說，插入電網。

任何電機的工作原理都是基於電磁感應現象的使用以及電線與電流和磁場相互作用時電磁力的出現。 這些現象 在發電機和電動機運行期間進行。因此，他們經常談論電機的發電機和電動機運行模式。

在旋轉電機中，能量轉換過程涉及兩個主要部分：電樞和電感器，它們具有相互相對移動的繞組。電感器在車內產生磁場。在電樞繞組 由e引起。和……然後出現電流。當電流在電樞繞組中與磁場相互作用時，會產生電磁力，從而實現電機中的能量轉換過程。

用於電機中能量轉換過程的性能

以下規定源自龐加萊和巴爾豪森的電能基本定理：

1）只有當電能是交流電的能量時，機械能和電能才能直接相互轉化；

2）為了實施這種能量轉換過程，為此目的而設計的電路系統必須具有變化的電感或變化的電容，

3) 為了將交流電的能量轉換為直流電的能量，為此目的設計的電路系統必須具有變化的電阻。

從第一個位置可以看出，機械能在電機中只能轉換為交流電能，反之亦然。

該陳述與直流電機存在的明顯矛盾已通過以下事實得到解決：在“直流電機”中我們具有兩級能量轉換。

因此，在直流電機發電機的情況下，我們有一台機器，其中機械能轉換為交流電能量，而後者由於存在代表“可變電阻”的特殊裝置，被轉換為能量從直流電。

在電機的情況下，過程顯然是相反的方向：提供給電機的直流電的能量通過所述可變電阻轉換成交流電能，後者轉換成機械能。

所述改變電阻的作用由“滑動電觸點”發揮，其在傳統“DC收集器”中由“電機電刷”和“電機收集器”組成，並且在滑環中。

由於要在電機中產生能量轉換過程，必須在其中具有“可變電感”或“可變電容”，因此電機可以根據電磁感應原理製造，也可以根據電感應原理。在第一種情況下，我們得到一個“感應式機器”，在第二種情況下 - 一個“電容式機器”。

電容電機仍然沒有實際意義。在工業、交通和日常生活中使用的電機是感應電機，在實踐中，“電機”這個簡稱已經紮根，這本質上是一個更廣泛的概念。

發電機的工作原理。

最簡單的發電機是一個在磁場中旋轉的線圈（圖 1，a）。在此發電機中，匝數 1 是電樞繞組。電感器是永磁體 2，電樞 3 在永磁體之間旋轉。

米。 1. 最簡單的發電機（a）和電動機（b）示意圖

當線圈以一定的旋轉頻率 n 旋轉時，它的側面（導體）穿過磁通 Ф 的磁力線，並且在每個導體中感應出 e。 ETC。 s.d. 與圖中採用的。 1和電樞e的旋轉方向。 ETC。 c. 位於南極下方的導體，根據右手定則，指向遠離我們的方向，以及 e. ETC。 v. 位於北極下方的電線中 - 朝向我們。

如果將電能接收器 4 連接到電樞繞組，則電流 I 將流過閉合電路。在電樞繞組的導線中，電流 I 的方向與 e 相同。 ETC。 s.d.

讓我們了解為什麼要在磁場中旋轉電樞，必須使用從柴油機或渦輪機（原動機）獲得的機械能。當電流 i 流過位於磁場中的導線時，電磁力 F 作用在每根導線上。

如圖所示。 1、電流的方向根據左手定則，向左的力F作用在南極下方的導體上，向右的力F作用在南極下方的導體上北極。這些力共同產生順時針方向的電磁力矩 M。

從檢查圖。 1，但可以看出，發電機發出電能時產生的電磁力矩M與導線的旋轉方向相反，因此它是一個制動力矩，趨向於減慢電機的旋轉發電機電樞。

為防止錨失速，有必要在電樞軸上施加一個與力矩 M 相反且大小相等的外部力矩 Mvn。考慮到機器中的摩擦和其他內部損耗，外部扭矩必須大於發電機負載電流產生的電磁力矩 M。

因此，為了繼續發電機的正常運行，有必要從外部為其提供機械能 - 以通過每個發動機 5 轉動其電樞。

在無負載（外部發電機電路開路）時，發電機處於空閒模式。在這種情況下，僅需要來自柴油機或渦輪機的機械能來克服摩擦並補償發電機中的其他內部能量損失。

隨著發電機負載的增加，即由它給出的電功率 REL，通過電樞繞組導線的電流 I 和製動力矩 M. 渦輪機繼續正常運行。

因此，例如，內燃機車的電動機從內燃機車發電機消耗的電能越多，從驅動它的柴油發動機中消耗的機械能就越多，並且必須向柴油發動機供應更多的燃料.

從上面考慮的發電機的運行條件來看，它具有以下特點：

1.電流i和e的方向匹配。 ETC。 v. 在電樞繞組的導線中。這表明機器正在釋放電能；

2.電磁制動力矩M的出現，其方向與電樞的旋轉方向相反。這意味著機器需要從外部接收機械能。

電動機的原理。

原則上，電動機的設計方式與發電機相同。最簡單的電動機是位於電樞 3 上的匝 1（圖 1，b），它在磁極 2 的磁場中旋轉。匝的導體形成電樞繞組。

如果將線圈連接到電源，例如，連接到電網 6，則電流 I 將開始流過它的每根電線。該電流與磁極的磁場相互作用，產生電磁部隊 F 。

如圖所示。如圖1b所示，位於南極下方的導體上的電流方向將受到指向右側的力F的影響，指向左側的力F將作用於位於北極下方的導體上。由於這些力的共同作用，產生了一個逆時針方向的電磁扭矩 M，它驅動帶有導線的電樞以特定頻率 n 旋轉......如果將電樞軸連接到任何機構或設備 7 (內燃機車或電力機車、金屬切削工具等的中心軸），則電動機使該裝置轉動，即給它機械能。在這種情況下，由該設備產生的外部力矩 MVN 將針對電磁力矩 M。

讓我們了解為什麼在負載下運行的電動機的電樞旋轉時會消耗電能。人們發現，當電樞導線在磁場中旋轉時，每根導線中都會感應出 e。 ETC。其中，其方向根據右手定則確定。因此，如圖所示。 1、b的旋轉方向為e。 ETC。 c. 在位於南極下方的導體中感應的 e 將被引導遠離我們，並且 e。 ETC。位於北極下方的導體中感應的 s.e 將指向我們。如圖。 1, b 可見 e., etc. c. 也就是說，每個導體中的感應電流都針對電流 i，也就是說，它們阻止電流通過導體。

為了使電流繼續沿相同方向流過電樞導線，即使電動機繼續正常工作並產生必要的扭矩，需要在這些導線上施加外部電壓U，這些導線的方向為e. ETC。 c. 大於一般 e. ETC。 c.電樞繞組所有串聯導線中感應的E。因此，需要從網絡向電動機提供電能。

在沒有負載（施加到電機軸的外部製動力矩）的情況下，電動機從外部電源（電源）消耗少量電能，並且在空閒時有小電流流過它。該能量用於彌補機器的內部功率損耗。

隨著負載的增加，電動機消耗的電流及其產生的電磁扭矩也會增加。因此，隨著負載的增加，電動機釋放的機械能會自動增加，從而導致其從電源汲取的電力增加。

從上面討論的電動機的運行情況可以看出它的特點：

1. 電磁力矩 M 和速度 n 的方向一致。這是機械能從機器返回的特徵；

2.電樞繞組的導線外觀 e．等針對電流 i 和外部電壓 U。這意味著機器需要從外部接收電能。

電機的可逆性原理

考慮到發電機和電動機的運行原理，我們發現它們的排列方式相同，並且這些機器的運行基礎有很多共同之處。

在發電機中將機械能轉化為電能，在電動機中將電能轉化為機械能的過程與感應電動勢有關。 ETC。 pp. 在磁場中旋轉的電樞繞組的導線中，由於磁場和載流導線的相互作用而出現電磁力。

發電機和電動機之間的區別僅在於 e 的相互方向。 d. 帶、電流、電磁轉矩和速度。

總結所考慮的發電機和電動機的運行過程，可以建立電機的可逆性原理......根據該原理，任何電機都可以作為發電機和電動機工作，並從發電機模式切換到電動機模式反之亦然。

米。 2. e.等的方向直流電機在電動機 (a) 和發電機 (b) 模式下運行期間的 E、電流 I、電樞旋轉頻率 n 和電磁力矩 M

為了澄清這種情況，考慮工作 直流電機 在不同的條件下。如果外加電壓U大於總e。 ETC。 v. D. 在電樞繞組的所有串聯導線中，則電流 I 將流過圖 1 中所示的那部分。 2、方向和機器將像電動機一樣工作，從網絡中消耗電能並放出機械能。

但是，如果由於某種原因 e。 ETC。 c. E變得大於外加電壓U，則電樞繞組中的電流I將改變方向（圖2，b）並與e重合。 ETC。 v. D. 在這種情況下，電磁力矩 M 的方向也會發生變化，這將與旋轉頻率 n... 方向重合，等等。有E和電流I表示機器開始給網絡提供電能，出現制動電磁力矩M表示必須從外界消耗機械能。

因此，當 e. etc.和在電樞繞組的導線中感應的 E 變得大於電源電壓 U，機器從電動機運行模式切換到發電機模式，即當 E < U 時，機器作為電動機工作，其中 E > U — 作為發電機。

可以通過不同的方式將電機從電動機模式轉換為發電機模式：通過降低電樞繞組所連接的電源的電壓 U，或通過增加 e。 ETC。 E 在電樞繞組中。