Процесс преобразования электрической энергии в механическую
Электроэнергия – это физический термин, который распространен в быту и технике и применяется для определения количества электрической энергии, получаемой конечным потребителем из сети или выдаваемой генератором в электрическую сеть.
Механическая энергия – это физическая скалярная величина, которая является мерой всех форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода материи из одной формы в другую.
Чтобы подробно рассмотреть процесс преобразования электрической энергии в механическую рассмотрим рисунок, который представлен ниже.
Рисунок 1. Процесс преобразования электрической энергии в механическую. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Электрический ток, который протекает по проводнику взаимодействует с магнитным полем магнита, вследствие чего возникает электромагнитная сила - Fэм. Направление данной силой определяется по правилу левой руки. Благодаря ее действию проводник перемещается с некоторой скоростью v и таким образом электроэнергия тока источника питания преобразуется в механическую энергию движения проводника под действием силы Fэм. В данном случае уже электромагнитная сила является движущей. Противодействие оказывается механической энергией, например, силой трения. При движении проводником пересекаются магнитные линии и согласно явлению электромагнитной индукции в нем наводится электродвижущая сила Е. Ее направление определяется по правилу правой руки, в рассматриваемом случае оно противоположной силе тока I. Электродвижущая сила, которая направлена навстречу электрическому току называется встречной или противоэлектродвижущей силе. Встречное направление электродвижущей силы является признаком того, что электрическая энергия потребляется потребителем. Допустим, что сопротивление проводника принято за R0, тогда электрическое напряжение на его концах при встречной электродвижущей силе может быть рассчитано следующим образом:
$U = E + I*R_0$
Электрические машины, предназначение которых заключается в преобразовании электрической энергии в механическую называются двигателями.
Электрический двигатель
Электрический двигатель – это электромеханический преобразователь - являющаяся основным элементом электрического привода электрическая машина, в которой электроэнергия преобразуется в механическую энергию.
Основными составляющими электродвигателя являются статор - неподвижная часть и ротор - вращающаяся часть. У большинства двигателей ротор находится внутри статора. Если у электродвигателя ротор располагается снаружи, то он называется двигателем обращенного типа. В основу действия электрических двигателей положен принцип электромагнитной индукции. На двигателях постоянного тока малой мощности в качестве индуктора используется пара постоянных магнитов. Ротор может быть:
- короткозамкнутым:
- фазным - используется в случае необходимости уменьшения пускового тока и регулировки частоты вращения двигателя. В большинстве случаев это крановые двигатели, используемые в крановых установках.
Электрические двигатели делятся на:
- Двигатели постоянного тока, в которых переключение фаз происходит в самом двигателе. Данный тип двигателя подразделяется на несколько подклассов по следующим признакам: способ переключения фа и наличие обратной связи - вентильные и коллекторные двигатели; тип возбуждения - машины с самовозбуждением и с независимым возбуждением от постоянных магнитов и электромагнитов.
- Двигатели пульсирующего тока, питание которых происходит пульсирующим электрическим током. По своей конструкции данный тип двигателя близок к конструкции машин постоянного тока. Основное конструктивное отличие заключается в наличии дренирования вставки в остове, дополнительных шихтованных полюсах, большем количестве пар полюсов, компенсационной обмотки. Двигатели пульсирующего тока используются на электровозах в совокупности с установками выпрямления переменного тока.
- Двигатели переменного тока, питание которых осуществляется переменным током. По принципу работы они делятся на асинхронные и синхронные. Основное отличие заключается в следующем: в синхронных двигателях первая гармоника магнитодвижущей силы статора двигается со скоростью вращения ротора, а в асинхронных всегда присутствует разница между скоростями вращения магнитного поля в статоре и вращения ротора. Синхронные машины делятся на двигатели с постоянными магнитами, реактивные, гибридные, шаговые, гистерезисные и реактивно-гистерезисные. Асинхронные двигатели делятся на одно-, двух-, трех и многофазные.
В современной промышленности наиболее распространены асинхронные электродвигатели. Они являются машинами переменного тока, в которых частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, которое создается напряжением питания.
