Что обычно представляет человек, когда он слышит выражение — электрические машины? Пожалуй, это что-то движущиеся и работающее от электричества. Всё верно. Следовательно, электрические машины — электромеханические устройства, которые способны преобразовывать электрическую энергию в механическую и обратно. Думаю, Вам не трудно будет догадаться, какие устройства можно отнести к электрическим машинам — это все виды электродвигателей, электрогенераторов и трансформаторов (о них особый разговор).
Большинству людей живущим в наше время хорошо известно: электродвигателя представляют собой устройства, которые начинают и продолжают вращаться при подсоединении к ним электрических проводов и подачи на них напряжения (то есть, пропускании через внутреннюю катушку самого двигателя электрического тока). Электрогенераторы, в общем, это те же электродвигатели, только они сами начинают вырабатывать электричество, если их начать и продолжать принудительно вращать, тем самым механику превращать в электрику.
В основе работы электрических машин лежат два физических явления: это воздействие силы Лоренса и проявление электромагнитной индукции, что действуют на проводник с электрическим током, перемещающегося в магнитном поле. Теперь более простыми словами — что бы понять принцип действия и работу электрических машин давайте заглянем внутрь процессов.
Как мы помним из школьной физики и химии, металл в твёрдом состоянии представляет собой множество мельчайших частичек (атомов) держащихся друг за друга под воздействием внутренних полей (которым обладает каждый атом в отдельности). Каждый атом состоит из ядра (кучка протонов и нейронов) вокруг которого по орбитам носятся малюсенькие электрончики. Именно в металлах электроны, которые расположены дальше всех от ядра могут легко отрываться и перелетать на соседние атомы. Такие электроны называются свободными.
Каждый электрон имеет вокруг себя поля (электрические и магнитные). Поля служат неким посредником при взаимодействии друг с другом электронов. То есть, поля двух электронов будут отталкиваться друг от друга, не давая возможности приблизиться этим электронам на более близкое расстояние. А если этих электронов много, то и сила их отталкивания будет значительной. Стоит добавить, наиболее эффективным полем для использования в электрических машинах является магнитное. Оно существует вокруг движущихся электронов и в постоянном магните (о работе магнита будет отдельная статья).
Подводим итог, есть металл в виде проволоки, в нём существует множество свободных электронов, каждый электрон имеет вокруг себя поля. Если взять обычный постоянный магнит, вокруг которого на некотором расстоянии имеется магнитное поле и приблизить к проволоке, то поле магнита подействует на поля каждого из электронов. В результате наше механическое движение с магнитом превратится в электрическое движение электронов внутри проволоки (принцип электрогенератора). И на оборот, если пропустить электроток по проводу, то возникшее магнитное поле вокруг медной проволоки будет отталкивать наш постоянный магнит в наших руке (принцип электродвигателя).
Теперь что касается трансформатора. Трансформатор, по идеи, нельзя назвать электрической машиной, поскольку он не использует в своей основной работе механических движений и не соответствует нашей формулировке. Как мы знаем, трансформатор преобразует электрический ток и напряжение в магнитное поле (магнитный поток в сердечнике), а потом наоборот.
Однако внутренние электромагнитные процессы, что протекают в них, полностью аналогичны тем, которые происходят при работе электрических машин. Кроме этого, как трансформаторам, так и электрическим машинам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, присутствующих при работе проводника с током и магнитного поля. Поэтому трансформаторы принято относить к электрическим машинам.
Основные функции электрических машин:
- преобразование энергии — в качестве двигателя или генератора;
- преобразование величины напряжения;
- преобразование переменного тока в постоянный;
- повышение коэффициента мощности электрических установок;
- усиление мощности электрических сигналов.
P. S. Электрические машины смело можно назвать сердцем технологического развития общества, поскольку именно они выполняют самую важную и тяжёлую работу во всём мире. Это работа каждого электродвигателя на любом производстве, что питаются от трансформаторных подстанций берущих энергию от мощнейших электрогенераторов.
