Αρχή λειτουργίας
Κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν κινητήρα παρέχεται
ηλεκτρική ενέργεια στο κύριο τύλιγμα της μηχανής, που λέγεται τύλιγμα
τυμπάνου και αποδίδεται μηχανική ενέργεια εξόδου πάνω σε μια
περιστρεφόμενη άτρακτο. Μια εξωτερικά επιβαλλόμενη ηλεκτρική τάση v
οδηγεί ένα ρεύμα i μέσα στο τύλιγμα τυμπάνου ενάντια σε μια εσωτερικά
επαγόμενη αντιηλεκτρεγερτική δύναμη e. Το τύλιγμα τυμπάνου γίνεται έτσι
ικανό να απορροφά ηλεκτρική ενέργεια με ρυθμό e x i. Το πεδίο ζεύξεως ασκεί
μια στιγμιαία ηλεκτρομαγνητική ροπή Τπεδ πάνω στο περιστρεφόμενο μέλος
της μηχανής που λέγεται δρομέας (ρότορας). Αν ο δρομέας στρέφεται με
γωνιακή ταχύτητα ω τότε η στιγμιαία ισχύς εξόδου που αποδίδεται στην
άτρακτο θα είναι Τπεδ x ω. Η εξωτερικά εφαρμοζόμενη ροπή φορτίου Τεξ δρα
με φορά αντίστροφη από εκείνη της περιστροφής και καθιστά το φορτίο ικανό
ν’ απορροφά μηχανική ενέργεια. Ισχύει προφανώς ότι:
Τπεδ – Τεξ = J x dω/dt
Όπου J είναι η ροπή αδρανείας του δρομέα και του μηχανικού του φορτίου ( η κίνηση
του οποίου είναι ο τελικός σκοπός της ύπαρξης του κινητήρα ). Όταν Τπεδ = Τεξ τότε
dω/dt = 0 και η μηχανή περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Στη μόνιμη
κατάσταση λειτουργίας έχουμε ότι:
(ω x Τπεδ) μέση τιμή = (e x i) μέση τιμή
.εδομένου ότι στο τύλιγμα τυμπάνου αναπτύσσεται μια ΗΕ. (ηλεκτρεγερτική
δύναμη), χρειαζόμαστε ένα μαγνητικό πεδίο διεγέρσεως που συνηθέστατα (εκτός από
την περίπτωση μόνιμου μαγνήτη στις μικρές μηχανές), στην πράξη παρέχεται από
τυλίγματα διεγέρσεως ή τυλίγματα πεδίου. Στη μόνιμη λειτουργία των συνήθων
μηχανών της πράξης, οι οποίες έχουν χωριστά τροφοδοτούμενο τύλιγμα διέγερσης, η
μέση τιμή της ισχύος που τροφοδοτεί το τύλιγμα αυτό δαπανάται υπό μορφή
θερμότητας.
Κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν γεννήτριας παρέχεται ηλεκτρική
ενέργεια στην άτρακτο της ηλεκτρικής μηχανής από μια πρωτεύουσα κινητήρια
μηχανή (prime mover) και ηλεκτρική ενέργεια εξόδου είναι διαθέσιμη στους
ακροδέκτες του τυλίγματος τυμπάνου. Η πρωτεύουσα κινητήρια μηχανή μπορεί να
είναι για παράδειγμα, είτε ένας ατμοστρόβιλος σ’ ένα θερμικό σταθμό παραγωγής, είτε
ένας υδροστρόβιλος σε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό παραγωγής, είτε μια εμβολοφόρα
μηχανή εσωτερικής καύσεως σ’ ένα απομονωμένο ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος.
Τέλος κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν πέδης, η μηχανή
τροφοδοτείται και με μηχανική και με ηλεκτρική ενέργεια. Η ολική ενέργεια εισόδου
χάνεται μέσα στη μηχανή με μορφή απωλειών και έτσι η μηχανή λειτουργεί σαν πέδη
και φρενάρει.
Κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν κινητήρα παρέχεται
ηλεκτρική ενέργεια στο κύριο τύλιγμα της μηχανής, που λέγεται τύλιγμα
τυμπάνου και αποδίδεται μηχανική ενέργεια εξόδου πάνω σε μια
περιστρεφόμενη άτρακτο. Μια εξωτερικά επιβαλλόμενη ηλεκτρική τάση v
οδηγεί ένα ρεύμα i μέσα στο τύλιγμα τυμπάνου ενάντια σε μια εσωτερικά
επαγόμενη αντιηλεκτρεγερτική δύναμη e. Το τύλιγμα τυμπάνου γίνεται έτσι
ικανό να απορροφά ηλεκτρική ενέργεια με ρυθμό e x i. Το πεδίο ζεύξεως ασκεί
μια στιγμιαία ηλεκτρομαγνητική ροπή Τπεδ πάνω στο περιστρεφόμενο μέλος
της μηχανής που λέγεται δρομέας (ρότορας). Αν ο δρομέας στρέφεται με
γωνιακή ταχύτητα ω τότε η στιγμιαία ισχύς εξόδου που αποδίδεται στην
άτρακτο θα είναι Τπεδ x ω. Η εξωτερικά εφαρμοζόμενη ροπή φορτίου Τεξ δρα
με φορά αντίστροφη από εκείνη της περιστροφής και καθιστά το φορτίο ικανό
ν’ απορροφά μηχανική ενέργεια. Ισχύει προφανώς ότι:
Τπεδ – Τεξ = J x dω/dt
Όπου J είναι η ροπή αδρανείας του δρομέα και του μηχανικού του φορτίου ( η κίνηση
του οποίου είναι ο τελικός σκοπός της ύπαρξης του κινητήρα ). Όταν Τπεδ = Τεξ τότε
dω/dt = 0 και η μηχανή περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Στη μόνιμη
κατάσταση λειτουργίας έχουμε ότι:
(ω x Τπεδ) μέση τιμή = (e x i) μέση τιμή
.εδομένου ότι στο τύλιγμα τυμπάνου αναπτύσσεται μια ΗΕ. (ηλεκτρεγερτική
δύναμη), χρειαζόμαστε ένα μαγνητικό πεδίο διεγέρσεως που συνηθέστατα (εκτός από
την περίπτωση μόνιμου μαγνήτη στις μικρές μηχανές), στην πράξη παρέχεται από
τυλίγματα διεγέρσεως ή τυλίγματα πεδίου. Στη μόνιμη λειτουργία των συνήθων
μηχανών της πράξης, οι οποίες έχουν χωριστά τροφοδοτούμενο τύλιγμα διέγερσης, η
μέση τιμή της ισχύος που τροφοδοτεί το τύλιγμα αυτό δαπανάται υπό μορφή
θερμότητας.
Κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν γεννήτριας παρέχεται ηλεκτρική
ενέργεια στην άτρακτο της ηλεκτρικής μηχανής από μια πρωτεύουσα κινητήρια
μηχανή (prime mover) και ηλεκτρική ενέργεια εξόδου είναι διαθέσιμη στους
ακροδέκτες του τυλίγματος τυμπάνου. Η πρωτεύουσα κινητήρια μηχανή μπορεί να
είναι για παράδειγμα, είτε ένας ατμοστρόβιλος σ’ ένα θερμικό σταθμό παραγωγής, είτε
ένας υδροστρόβιλος σε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό παραγωγής, είτε μια εμβολοφόρα
μηχανή εσωτερικής καύσεως σ’ ένα απομονωμένο ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος.
Τέλος κατά τη λειτουργία μιας ηλεκτρικής μηχανής σαν πέδης, η μηχανή
τροφοδοτείται και με μηχανική και με ηλεκτρική ενέργεια. Η ολική ενέργεια εισόδου
χάνεται μέσα στη μηχανή με μορφή απωλειών και έτσι η μηχανή λειτουργεί σαν πέδη
και φρενάρει.