При равномерном движении проводника к нему должна быть извне приложена механическая сила F, равная F_ЭМ, т. е.

F = F_ЭМ.          (1-3)

Если умножить обе части равенства сил на скорость v, то получим равенство мощностей

Fv = F_ЭМ v.          (1-4)

Подставляя в правую часть этого равенства F_ЭМ из (1-2) и v из (1-1), получим:

Fv = ei.          (1-5)

Отсюда видим, что механическая мощность Fv в нашем элементарном генераторе преобразуется в электрическую мощность ei. Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь таким генератором, может быть найдена из уравнения напряжений

u = e – ir,          (1-6)

где u — напряжение на зажимах внешнего сопротивления;
ir — падение напряжения в проводнике, имеющем сопротивление r.

Умножив это уравнение на i, получим:

ui = ei – i²r,          (1-7)

где ui — электрическая мощность, отдаваемая проводником во внешнюю цепь (она является частью полной электрической мощности ei, полученной в результате преобразования механической мощности);
i²r — электрические потери в проводнике.

Та же элементарная машина может работать двигателем, т. е. преобразовывать электрическую энергию в механическую. Подведем к проводнику напряжение u так, чтобы ток i в проводнике имел указанное на рис. 1-2 направление. При этом возникнет электромагнитная сила, которая согласно правилу левой руки заставит проводник передвигаться влево. В проводнике появится э. д. с. е, направленная против тока i и против напряжения u, в чем можно убедиться при помощи правила правой руки. Следовательно, напряжение u должно уравновесить э.д.с. е и падение напряжения в проводнике ir, т. е.

u = e + ir.          (1-8)

От уравнения напряжений (1-8), умножив его на i, перейдем к уравнению мощностей

ui = ei + i²r.          (1-9)

В этом уравнении i²r — электриче­ские потери в проводнике, ei — та часть подведенной электрической мощности ui, которая преобразуется в механическую мощность F_ЭМ v, так как, учитывая (1-1) и (1-2), мы можем написать:

ei = Blvi = F_ЭМ v.          (1-10)

Приведенные соотношения показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать и генератором и двигателем.

Принцип обратимости электрических машин был установлен русским академиком Э. X. Ленцем в 1833 г. Он применим к любой электрической машине.

Таким образом, мы видим, что наличие магнитного поля и проводников, по которым проходит ток, является необходимым условием для работы любой электрической машины. Для усиления магнитного поля применяются ферромагнитные материалы в виде сталей.

При работе электрической машины происходит относительное перемещение проводников и магнитного поля. Такое перемещение в обычных машинах осуществляется путем вращательного движения (рис. 1-1).

В основе работы трансформатора лежит явление взаимоиндукции. Трансформатор состоит обычно из двух обмоток с разными числами витков. Между обмотками существует магнитная связь; для ее усиления обмотки помещаются на стальном замкнутом магнитопроводе, называемом сердечником трансформатора. Энергия из одной обмотки в другую передается через посредство магнитного поля. Благодаря различию чисел витков обмоток получается трансформирование тока одного напряжения в ток другого напряжения, повышенного или пониженного по сравнению с первым.

Вверх

1-1.

1-2.
часть 1
часть 2

1-3.
1-4.
1-5.
1-6.
1-7.
 

Глава 2