Законы электротехники, поясняющие принцип действия электрических машин

Работа любой электрической машины и трансформатора, основана на единстве закона электромагнитной индукции М. Фарадея и закона электромагнитного взаимодействия
Био-Савара-Лапласа.

Закон М. Фарадея, М. Максвелла:
ψ - потокосцепление, Ф - магнитный поток, Вб, W - число витков обмотки якоря.

Знак минус отражает закон Ленца, по которому создаваемый индуктируемой ЭДС ток всегда стремится воспрепятствовать изменению магнитного потока контура.

Величина ЭДС, наведенная в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур.

В соответствии с законом электромагнитной индукции наведение ЭДС в контуре возможно как при вращении контура в неподвижном магнитном поле (машины постоянного тока), так и в случаях неподвижного контура, но вращающегося поля (синхронные машины), вращающихся поля и контура (асинхронные машины), неподвижных в пространстве поля и контура, но изменяющегося по величине во времени магнитного поля (трансформаторы).

Принцип действия генератора состоит в том, что при передвижении со скоростью v м/с проводника, имеющего длин l м, перпендикулярно магнитным линиям в магнитном поле c индукцией В в нем по закону электромагнитной индукции возникает ЭДС:

е = B*l*V, В.

Если замкнуть концы проводника через сопротивление или накоротко, то ЭДС создает ток I, А. Направление ЭДС и тока генератора совпадают. Ток I, взаимодействуя с магнитным потоком, в котором он находится, создаст силу выталкивающую проводники из магнитного поля, равную по закону электромагнитного взаимодействия (закон Био-Савара-Лапласа)

F = B*l*I, Н.

Сила взаимодействия проявляется как реакция внешней силе, приложенной к проводнику. Она равна и противоположна последней.

Принцип действия двигателя состоит в следующем. Если к проводнику, находящемуся в магнитном поле, подвести напряжение, т. е. пропустить через него ток, то проводник под действием возникшей силы f начинает перемещаться. При перемещении, вследствие пересечения проводником магнитного поля, в нем возникает ЭДС, проявляющаяся как реакция подведенному напряжению. Направление ЭДС определяется как у генератора, так и у двигателя по мнемоническому правилу правой руки (ЭДС - правая) (рис.1). Направление электромагнитной силы f определяется и у генератора, и у двигателя по мнемоническому правилу левой руки (сила - левая).

Рис. 1. Правило левой и правой руки