Електричні машини
Ми живемо в справжнісінькому океані енергії, вона оточує нас всюди. Навіть нерухомий камінь, що лежить на дорозі, потенційно може здійснити роботу. Іноді в це важко повірити, але енергія єдина. Вона лише перетворюється, змінює свою природу. Саме ця властивість використовують створені людиною електричні машини.
Якщо на вхід подається електрична енергія, а на виході трансформується в механічну роботу у вигляді обертання валу, то можна з упевненістю сказати, що мова йде про двигун. У свою чергу, перетворення механічної роботи в електрику покладено на генератор. Важливою особливістю є той факт, що однакові електричні машини характеризуються можливістю функціонування в якості споживача (двигуни) і виробника (генератор) електроенергії. Це пояснюється однаковим пристроєм. Однак через особливості конструкції функціонування в "нерідній" режимі характеризується більш низьким ККД.
Електричні машини постійного струму поділяються на два класи: індукторні і колекторні. Найбільшого поширення набули другого (ознака наявність щіткового механізму). Принцип роботи наступний: на нерухомої частини машини (статорі) розміщується постійний магніт, створює лінії напруженості поля.
Обмотку якоря можна що з безлічі рамок мідного дроту, з'єднаних таким чином, щоб початок і кінець виводилися на протилежні ламелі колектора. Ззовні до цих висновків допомогою графітових щіток підводиться постійна напруга. А раз є замкнутий контур, то виникає електричний струм. Рухомі носії заряду генерують навколо себе власне поле магнітної природи, яке починає взаємодіяти з полем статора. В результаті виникає сила, що змушує якір обертатися. Описані лише основні моменти, проте їх досить щоб зрозуміти, як працюють електричні машини постійного струму. Особливо варто відзначити лише універсальний колекторний електродвигун володіючи конструкцією, властивою машинам постійного струму, він здатний працювати від побутової мережі 220 В. Це можливо завдяки послідовному способу з'єднання якоря і обмоток збудження. У побутовому ручному електроінструменті використовуються саме вони.
Електричні машини змінного струму конструктивно більш прості і надійні, а собівартість їх виробництва нижче. Підрозділяються на синхронні, у яких механічна швидкість, з якою звертається ротор, збігається з частотою звернення поля статора, а також асинхронні різновиди, у яких ротор відстає від поля (прослизає). Перші більш раціонально використовувати при потужностях понад 100 кВт.
Найпростіші електричні машини змінного струму представлені трифазними асинхронними з короткозамкненим ротором (клітка білки). На статорі розміщені зсунуті одна відносно іншої на 120 ° три обмотки. Саме до них підводиться змінний струм відповідних фаз. На роторі є своя обмотка, замкнута накоротко, тим самим утворюючи контур для проходження індукованого струму. Варто подати напругу на полюса-котушки статора, як навколо них генерується магнітне поле - це одне з базових властивостей спрямованого переміщення електронів. А так як струм змінний, то і поле виходить обертовим. Його лінії напруженості перетинають витки обмотки ротора і створюють індукований струм (застосуємо закон електромагнітної індукції). А раз виникло руху частинок із зарядом, то навколо них, у свою чергу, також з'являється магнітне поле. Воно також обертається (напрям можна дізнатися, скориставшись правилом буравчика). У підсумку, всередині корпусу машини присутні два магнітних поля. Далі все просто: завдяки закону Ампера виникає сила, яка прагне змістити обмотки, а так як вал ротора закріплений на підшипниках, то сила створює момент обертання. Для здійснення роботи залишається лише підключити до валу виконавчий механізм.