Reverzibilnost električnih strojeva
Osnovne odredbe principa reverzibilnosti električnih strojeva
Prema Bio-Savardovom zakonu, na vodič koji se kreće u magnetskom polju sa strujom I, čiji je smjer određen pravilom lijeve ruke, djeluje sila F = Bli, (VA). Stoga, ako četke donesete na AC stroj naizmjenična struja, tada će se pojaviti sila koja će uzrokovati da se žice ab i cd pomaknu u magnetskom polju, a zavojnica ab° Sd će se početi okretati (sl. 1).
Potrebno je samo da frekvencija struje odgovara frekvenciji vrtnje tijekom perioda pokretanja, napomena f = pn... Sličan fenomen će se dogoditi ako se istosmjerna struja primijeni na četkice istosmjernog stroja. Kolektor u ovom slučaju on će igrati ulogu pretvarača, pretvarajući dovedenu istosmjernu struju u izmjeničnu struju unutar armature (vidi sl. 2).
Tako dobivamo elektromotor koji za razliku od generatora električnu energiju pretvara u mehaničku.
Prema Lenzovu zakonu, inducirana struja uvijek ima smjer u kojem nastajuća elektromagnetska sila nastoji spriječiti promjenu (gibanje) zbog koje je struja inducirana.
Riža. 1.Najjednostavniji alternator
Riža. 2. Najjednostavniji istosmjerni generator
Riža. 3. Generator daje izmjeničnu emf ako su krajevi okvira spojeni na prstenove. Ako su spojeni na poluprstenove (kolektorske ploče), struja u krugu će biti pulsirajuća.
Na temelju navedenih zakona i principa rada najjednostavnijih električnih strojeva možemo formulirati sljedeće osnovne odredbe za pretvorbu energije:
1) izravna recipročna transformacija mehaničke i električne energije u induktivnim električnim strojevima moguća je samo kada je potonja energija izmjenične struje,
2) takva pretvorba energije zahtijeva električni krug s promjenjivom induktivnošću (u našem slučaju to je petlja koja se okreće u magnetskom polju),
3) da bi se izmjenična struja pretvorila u istosmjernu, u električnom krugu mora postojati promjenjiv električni otpor (njegovu ulogu u električnim strojevima ima kontakt četkice i kolektora, čiji se otpor mijenja od beskonačnosti kada četkica ne dodiruje ploča kolektora, do određene minimalne vrijednosti kada četka potpuno prekriva ploču),
4) svaki je električni stroj energetski reverzibilan, odnosno u načelu može jednako raditi i kao generator i kao motor,
5) budući da za očitovanje zakon elektromagnetske indukcije sve što je potrebno je relativno gibanje žice i magnetskog polja, tada je svaki električni stroj kinematički reverzibilan, odnosno može okretati ili armaturu ili induktor.
Je li praktički moguće koristiti motor umjesto generatora?
Prema zakonu E. X.Lenza, inducirana struja u zatvorenom električnom krugu uvijek ima smjer u kojem nastaje elektromagnetska sila nastoji spriječiti onu promjenu (gibanje) zbog koje se električna struja inducira. Na temelju toga, svaki indukcijski električni stroj je "energetski reverzibilan", to jest, u načelu, može raditi i kao generator i kao motor.
Međutim, ako trebate znati za koji je način rada električni stroj namijenjen - za generator ili motor.To je zbog činjenice da se u praksi na generator i motor postavljaju određeni zahtjevi, koji nisu uvijek kompatibilni , pa se stoga može ispostaviti da električni stroj dizajniran kao generator neće moći zadovoljavajuće raditi kao motor i obrnuto.
Dakle, svaki stroj mora na "pločici" imati oznaku za koji način rada je namijenjen od tvornice koja ga je proizvela. Također treba napomenuti da su se pojavile brojne vrste električnih strojeva koji se koriste samo kao generator ili samo kao motor.
Kinematička reverzibilnost električnog stroja
Sa stajališta provedbe pretvorbe energije u električnom stroju važno je samo relativno kretanje njegova dva glavna organa, a zatim i kinematička reverzibilnost električnog stroja.
To znači da ako je rotor električnog stroja blokiran i stator se pusti okretati, on će se početi okretati, dok će se, s nepromijenjenim električnim vezama, okretati u smjeru suprotnom od onog u kojem se rotor okrenuo u stator se okreće (to proizlazi iz zakona mehanike).
Očito, da bi se stator mogao okretati, morat će biti opremljen odgovarajućim ležajevima i dodatno električnim kliznim kontaktima za održavanje opskrbe električnom energijom statora, ako postoji, prije pretvorbe. Očito, kinematičkom cirkulacijom električnog stroja s unutarnjim rotorom, dobivamo električni stroj s vanjskim rotorom i obrnuto.