Электрические машины

Автор: J. B. Calvert

Перевод: Виляева Е.П.

Источник: J. B. Calvert [электронный ресурс] Engineering and Technology

Вращающиеся электрические машины - генераторы и двигатели - это устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую, и наоборот. Таким образом электрическая энергия от центральной станции может быть передана и разделена между потребителями. Работа электрических машин основывается на четырех общих принципах, которые будут кратко изложены ниже. Эти принципы не трудно понять, и осветить, так как сами принципы основывается на этапах исторического развития электрической энергии. Эта страница посвящена двигателям в целом. Электричество это среда, которая осуществляет питание от тягача, будь то центральная станция или локомотив, к своей точке применения, и позволяет контролировать движение этой энергии.

Энергия приводит в движение. Одна лошадиная сила может поднять 550 фунтов в одно движение за 1 секунду. Механическая энергия это изменение силы за скорость во времени. Один ватт – это тока 1 ампер (A), протекающей при напряжении 1 вольт (V). Электрическая энергия - это ток (в амперах, A), протекающий при напряжении (в вольтах, V). Средних электровоз может иметь мощность 2000кВт, или 2680 лошадиных сил. Крутящий момент эквивалент силы, часто говорят так двигателях. Это сила перпендикулярна расстояние, и сила крутящего момента это скорость вращения в радианах в секунду.

Первый принцип заключается в том, что электрический ток вызывает магнитное поле, которое окружает его, как в водовороте, и это поле не является материальным, а область его влияния на другие токи и магниты, в значительной степени укрепились (более чем на тысячи раз), проходя через железо. Когда ток меняет направление магнитное поле тоже меняет свое направление. Причиной появления магнитного поля является центр Земли, энергия магнитного поля возникает вследствие вращения Земли либо от потока тепла Земли. Поле действует на стрелку компаса, который является магнитом. Этот принцип можно назвать "электромагнитное действие".

Второй принцип заключается в том, что электрический ток в магнитном поле направлен перпендикулярно направлению силы и направлению магнитного поля, и изменяется, если любой из этих факторов меняет направление. Сила пропорциональна току и напряженности магнитного поля. Этот принцип можно назвать «привести в действие».

Третий принцип заключается в том, что электрический проводник, такой, как медная проволока, движущейся в магнитном поле электрического тока, индуцируется в нем. Это приводит к созданию электродвижущей силы, или напряжения. Эффект будет максимален, если провод, будет двигаться взаимно перпендикулярно к магнитному полю. Этот принцип можно назвать "генератором действий".

И четвертый принцип заключается в том, что изменение магнитного поля приводит к появлению напряжения в любой схеме, через которые оно проходит. Изменения могут быть вызваны изменением текущего магнитного поля, или с помощью перемещении источников магнитного поля. Этот принцип можно назвать "трансформатором действий".

Электрические машины состоят из поля и арматуры, которые вращаются по отношению друг к другу. Арматура это часть машины, в которых имеет место преобразования энергии. Поле содержит магнитное поле, чтобы помочь этому процессу. В машинах постоянного тока, поле является стационарным (статор) и арматура в нем вращается (ротор), а вращение необходимо, чтобы переключать соединения арматуры с помощью коммутатора. В машинах переменного тока, арматура стационарна, а поле вращается. Поле состоит из железного ядра (магнитопровод) для создания магнитного поля и обмоток, которые служат для возбуждения магнитного поля тока, проходящего через него (первый принцип). Магнитное поле является пассивным, но важным компонентом в работе машины. Как и в поле, арматура также состоит из железа, чтобы соединить магнитной цепи, и отделена промежутком воздуха между магнитопрводом и полем. Важно, чтобы воздушный зазор быть как можно меньше и однородным.

Арматура также состоит из обмоток. В генераторе, эти проводники служат в магнитном поле для производства напряжения (генератор действия). Если цепь замкунта то создаются потоки в этих обмотках и силы сопротивления заставляют вращаться арматуру (двигательное действие), так что совершается работа, которая преобразуется в электрическую энергию. В двигателье, эти проводники снабжены электрическим током, так что сила действует на них в магнитном поле (второй принцип), и эта сила может совершать работу. Когда якорь вращается, создавая силу, совершается работа, но напряжение производится против приложенного напряжения, сопротивляясь протекающему тока в арматуре (третий принцип), вызывая изменение электрической энергии в механическую.