电机中的能量转换过程

电机按用途分为两大类：发电机和电动机……发电机设计用于产生电力，电动机设计用于驱动机车的成对车轮、风扇的转轴、压缩机等。

能量转换过程发生在电机中。发电机将机械能转化为电能。这意味着为了让发电机工作，您需要用某种发动机转动它的轴。例如，在内燃机车上，发电机由柴油机驱动旋转，在火力发电厂上，由汽轮机驱动， 水力发电厂——水轮机.

另一方面，电动机将电能转化为机械能。因此，为了让发动机工作，它必须通过电线连接到电源，或者，正如他们所说，插入电网。

任何电机的工作原理都是基于电磁感应现象的使用以及电线与电流和磁场相互作用时电磁力的出现。 这些现象 在发电机和电动机运行期间进行。因此，他们经常谈论电机的发电机和电动机运行模式。

在旋转电机中，能量转换过程涉及两个主要部分：电枢和电感器，它们具有相互相对移动的绕组。电感器在车内产生磁场。在电枢绕组 由e引起。和……然后出现电流。当电流在电枢绕组中与磁场相互作用时，会产生电磁力，从而实现电机中的能量转换过程。

用于电机中能量转换过程的性能

以下规定源自庞加莱和巴尔豪森的电能基本定理：

1）只有当电能是交流电的能量时，机械能和电能才能直接相互转化；

2）为了实施这种能量转换过程，为此目的而设计的电路系统必须具有变化的电感或变化的电容，

3) 为了将交流电的能量转换为直流电的能量，为此目的设计的电路系统必须具有变化的电阻。

从第一个位置可以看出，机械能在电机中只能转换为交流电能，反之亦然。

该陈述与直流电机存在的明显矛盾已通过以下事实得到解决：在“直流电机”中，我们具有两级能量转换。

因此，在直流电机发电机的情况下，我们有一台机器，其中机械能转换为交流电能量，而后者由于存在代表“可变电阻”的特殊装置，被转换为能量从直流电。

在电机的情况下，过程显然是相反的方向：提供给电机的直流电的能量通过所述可变电阻转换成交流电能，后者转换成机械能。

所述改变电阻的作用由“滑动电触点”发挥，其在传统的“DC收集器机器”中由“电机电刷”和“电机收集器”组成，并且在滑环中。

由于要在电机中产生能量转换过程，必须在其中具有“可变电感”或“可变电容”，因此可以根据电磁感应原理制造电机，也可以根据电感应原理。在第一种情况下，我们得到一个“感应式机器”，在第二种情况下 - 一个“电容式机器”。

电容电机仍然没有实际意义。在工业、交通和日常生活中使用的电机是感应电机，在实践中，“电机”这个简称已经扎根，这本质上是一个更广泛的概念。

发电机的工作原理。

最简单的发电机是一个在磁场中旋转的线圈（图 1，a）。在此发电机中，匝数 1 是电枢绕组。电感器是永磁体 2，电枢 3 在永磁体之间旋转。

米。 1. 最简单的发电机（a）和电动机（b）示意图

当线圈以一定的旋转频率 n 旋转时，其侧面（导体）穿过磁通 Ф 的磁力线，并且在每个导体中感应出 e。 ETC。 s.d. 与图中采用的。 1和电枢e的旋转方向。 ETC。 c. 位于南极下方的导体，根据右手定则，指向远离我们的方向，以及 e. ETC。 v. 位于北极下方的电线中 - 朝向我们。

如果将电能接收器 4 连接到电枢绕组，则电流 I 将流过闭合电路。在电枢绕组的导线中，电流 I 的方向与 e 相同。 ETC。 s.d.

让我们了解为什么要在磁场中旋转电枢，必须使用从柴油机或涡轮机（原动机）获得的机械能。当电流 i 流过位于磁场中的导线时，电磁力 F 作用在每根导线上。

如图所示。 1、电流的方向根据左手定则，向左的力F作用在南极下方的导体上，向右的力F作用在南极下方的导体上北极。这些力共同产生顺时针方向的电磁力矩 M。

从检查图。 1，但可以看出，发电机发出电能时产生的电磁力矩M与导线的旋转方向相反，因此它是一个制动力矩，趋向于减慢电机的旋转发电机电枢。

为防止锚失速，有必要在电枢轴上施加一个与力矩 M 相反且大小相等的外部力矩 Mvn。考虑到机器中的摩擦和其他内部损耗，外部扭矩必须大于发电机负载电流产生的电磁力矩 M。

因此，为了继续发电机的正常运行，有必要从外部为其提供机械能 - 以通过每个发动机 5 转动其电枢。

在无负载（外部发电机电路开路）时，发电机处于空闲模式。在这种情况下，仅需要来自柴油机或涡轮机的机械能来克服摩擦并补偿发电机中的其他内部能量损失。

随着发电机负载的增加，即由它给出的电功率 REL，通过电枢绕组导线的电流 I 和制动力矩 M. 涡轮机继续正常运行。

因此，例如，内燃机车的电动机从内燃机车发电机消耗的电能越多，从驱动它的柴油发动机中获取的机械能就越多，并且必须向柴油发动机供应更多的燃料.

从上面考虑的发电机的运行条件来看，它具有以下特点：

1.电流i和e的方向匹配。 ETC。 v. 在电枢绕组的导线中。这表明机器正在释放电能；

2.电磁制动力矩M的出现，其方向与电枢的旋转方向相反。这意味着机器需要从外部接收机械能。

电动机的原理。

原则上，电动机的设计方式与发电机相同。最简单的电动机是位于电枢 3 上的匝 1（图 1，b），它在磁极 2 的磁场中旋转。匝的导体形成电枢绕组。

如果将线圈连接到电源，例如，连接到电网 6，则电流 I 将开始流过它的每根电线。该电流与磁极的磁场相互作用，产生电磁部队 F 。

如图所示。如图1b所示，位于南极下方的导体上的电流方向将受到指向右侧的力F的影响，指向左侧的力F将作用于位于北极下方的导体上。由于这些力的共同作用，产生了一个逆时针方向的电磁扭矩 M，它驱动带有导线的电枢以特定频率 n 旋转......如果将电枢轴连接到任何机构或设备 7（内燃机车或电力机车、金属切削工具等的中心轴），则电动机使该装置转动，即给它机械能。在这种情况下，由该设备产生的外部力矩 MVN 将针对电磁力矩 M。

让我们了解为什么在负载下运行的电动机的电枢旋转时会消耗电能。人们发现，当电枢导线在磁场中旋转时，每根导线中都会感应出 e。 ETC。其中，其方向根据右手定则确定。因此，如图所示。 1、b的旋转方向为e。 ETC。 c. 在位于南极下方的导体中感应的 e 将被引导远离我们，并且 e。 ETC。位于北极下方的导体中感应的 s.e 将指向我们。如图。 1, b 可见 e., etc. c. 也就是说，每个导体中的感应电流都针对电流 i，也就是说，它们阻止电流通过导体。

为了使电流继续沿相同方向流过电枢导线，即使电动机继续正常工作并产生必要的扭矩，需要在这些导线上施加外部电压U，这些导线的方向为e. ETC。 c. 大于一般 e. ETC。 c. 电枢绕组所有串联导线中感应的E。因此，需要从网络向电动机提供电能。

在没有负载（施加到电机轴的外部制动力矩）的情况下，电动机从外部电源（电源）消耗少量电能，并且在空闲时有小电流流过它。该能量用于弥补机器的内部功率损耗。

随着负载的增加，电动机消耗的电流及其产生的电磁转矩也会增加。因此，随着负载的增加，电动机释放的机械能会自动增加，从而导致其从电源汲取的电力增加。

从上面讨论的电动机的运行情况来看，它具有以下特点：

1. 电磁力矩 M 和速度 n 的方向重合。这是机械能从机器返回的特征；

2.电枢绕组的导线外观 e．等针对电流 i 和外部电压 U。这意味着机器需要从外部接收电能。

电机的可逆性原理

考虑到发电机和电动机的运行原理，我们发现它们的排列方式相同，并且这些机器的运行基础有很多共同点。

在发电机中将机械能转化为电能，在电动机中将电能转化为机械能的过程与感应电动势有关。 ETC。 pp. 在磁场中旋转的电枢绕组的导线中，由于磁场和载流导线的相互作用而出现电磁力。

发电机和电动机之间的区别仅在于 e 的相互方向。 d. 带、电流、电磁转矩和速度。

总结所考虑的发电机和电动机的运行过程，可以建立电机的可逆性原理......根据该原理，任何电机都可以作为发电机和电动机工作，并从发电机模式切换到电动机模式反之亦然。

米。 2. e.等的方向直流电机在电动机 (a) 和发电机 (b) 模式下运行期间的 E、电流 I、电枢旋转频率 n 和电磁力矩 M

为了澄清这种情况，考虑工作 直流电机 在不同的条件下。如果外加电压U大于总e。 ETC。 v. D. 在电枢绕组的所有串联导线中，则电流 I 将流过图 1 中所示的那部分。 2、方向和机器将像电动机一样工作，从网络中消耗电能并放出机械能。

但是，如果由于某种原因 e。 ETC。 c. E变得大于外加电压U，则电枢绕组中的电流I将改变方向（图2，b）并与e重合。 ETC。 v. D. 在这种情况下，电磁力矩 M 的方向也会发生变化，这将与旋转频率 n... 方向重合，等等。有E和电流I表示机器开始给网络提供电能，出现制动电磁力矩M表示必须从外界消耗机械能。

因此，当 e. etc.和在电枢绕组的导线中感应的 E 变得大于电源电压 U，机器从电动机运行模式切换到发电机模式，即当 E < U 时，机器作为电动机工作，其中 E > U — 作为发电机。

可以通过不同的方式将电机从电动机模式转换为发电机模式：通过降低电枢绕组所连接的电源的电压 U，或通过增加 e。 ETC。 E 在电枢绕组中。