Электрические машины

Мы живем в самом настоящем океане энергии, она окружает нас повсюду. Даже неподвижный камень, лежащий на дороге, потенциально может совершить работу. Иногда в это трудно поверить, но энергия едина. Она лишь преобразуется, меняет свою природу. Именно это свойство используют созданные человеком электрические машины.

Если на вход подается электрическая энергия, а на выходе трансформируется в механическую работу в виде вращения вала, то можно с уверенностью сказать, что речь идет о двигателе. В свою очередь, преобразование механической работы в электричество возложено на генератор. Важной особенностью является тот факт, что одинаковые электрические машины характеризуются возможностью функционирования в качестве потребителя (двигатели) и производителя (генератор) электроэнергии. Это объясняется одинаковым устройством. Однако из-за особенностей конструкции функционирование в "неродном" режиме характеризуется более низким КПД.

Электрические машины постоянного тока подразделяются на два класса: индукторные и коллекторные. Наибольшее распространение получили вторые (признак наличие щеточного механизма). Принцип работы следующий: на неподвижной части машины (статоре) размещается постоянный магнит, создающий линии напряженности поля.

Обмотку якоря можно представить состоящей из множества рамок медной проволоки, соединенных таким образом, чтобы начало и конец выводились на противоположные ламели коллектора. Извне к этим выводам посредством графитовых щеток подводится постоянное напряжение. А раз есть замкнутый контур, то возникает электрический ток. Движущиеся носители заряда генерируют вокруг себя собственное поле магнитной природы, которое начинает взаимодействовать с полем статора. В результате возникает сила, заставляющая якорь вращаться. Описаны лишь основные моменты, однако их достаточно чтобы понять, как работают электрические машины постоянного тока. Особо стоит отметить лишь универсальный коллекторный электродвигатель обладая конструкцией, присущей машинам постоянного тока, он способен работать от бытовой сети 220 В. Это возможно благодаря последовательному способу соединения якоря и обмоток возбуждения. В бытовом ручном электроинструменте используются именно они.

Электрические машины переменного тока конструктивно более просты и надежны, а себестоимость их производства ниже. Подразделяются на синхронные, у которых механическая скорость, с которой обращается ротор, совпадает с частотой обращения поля статора, а также асинхронные разновидности, у которых ротор отстает от поля (проскальзывает). Первые более рационально использовать при мощностях более 100 кВт.

Простейшие электрические машины переменного тока представлены трехфазными асинхронными с короткозамкнутым ротором (клетка белки). На статоре размещены сдвинутые одна относительно другой на 120° три обмотки. Именно к ним подводится переменный ток соответствующих фаз. На роторе есть своя обмотка, замкнутая накоротко, тем самым образуя контур для прохождения индуцированного тока. Стоит подать напряжение на полюса-катушки статора, как вокруг них генерируется магнитное поле - это одно из базовых свойств направленного перемещения электронов. А так как ток переменный, то и поле получается вращающимся. Его линии напряженности пересекают витки обмотки ротора и создают индуцированный ток (применим закон электромагнитной индукции). А раз возникло движения частиц с зарядом, то вокруг них, в свою очередь, также появляется магнитное поле. Оно также вращается (направление можно узнать, воспользовавшись правилом буравчика). В итоге, внутри корпуса машины присутствуют два магнитных поля. Дальше все просто: благодаря закону Ампера возникает сила, стремящаяся сместить обмотки, а так как вал ротора закреплен на подшипниках, то сила создает момент вращения. Для совершения работы остается лишь подключить к валу исполнительный механизм.