1907967169

Najwcześniej wynaleziono maszyny elektrostatyczne oraz maszyny działające na zasadzie indukcji elektrycznej. Później wynaleziono maszyny elektryczne¹³ działające na zasadzie zjawiska indukcji elektromagnetycznej - stanowią one przeważająca większość maszyn elektrycznych [93]¹⁴. Wzbudniki¹⁵ tych maszyn zbudowane są z materiałów ferromagnetycznych. W ostatnich latach zbudowano maszyny piezoelektryczne (ultrasoniczne) - wykorzystujące zjawisko elektrostrykcji we wzbudnikach zbudowanych z materiałów piezoelektrycznych (PZT) [9, 26, 34], Kolejną grupę stanowią różne odmiany maszyn pracujących na zasadzie zjawisk magnetostrykcyjnych. Z kolei w technice kosmicznej stosuje się silniki pracujące na zasadzie odrzutu jonowego przy wysokim napięciu.

Ze względu na dominującą rolę maszyn elektrycznych - elektromagnetycznych, w systemach przetwarzania energii oraz ograniczenia narzucone na objętość niniejszego e-skryptu, rozważania ograniczymy do maszyn działających na zasadzie zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Ogólne zasady budowy i działania maszyn, opartych na innych zjawiskach, omówimy w rozdziale 8 poświęconym maszynom specjalnym.

Przestawimy prosty sposób otrzymania, dla procesu elektromechanicznego przetwarzania energii, charakterystycznych wielkości fizycznych i zachodzących relacji między wielkościami występującymi na wrotach przepływu mocy/energii w maszynach elektrycznych. Pozwoli to ominąć trudny aparat matematyczny, konieczny przy korzystaniu z równań Maxwella lub praw elektromechaniki -opisanymi zasadą najmniejszego działania (Hamiltona).

2.5.2 Pole elektromagnetyczne i jego wielkości charakterystyczne Wzajemne oddziaływanie ładunków elektrycznych opisujemy wprowadzając pojęcie pola elektromagnetycznego. Przez pole elektromagnetyczne rozumiemy przestrzeń, w której na ładunek q działa siła Lorentza [14]:

F = q-(E+vxB)    p.i)

gdzie:

E, B natężenie pola elektrycznego i indukcja pola magnetycznego, wielkości wektorowe zależne od miejsca i czasu obserwacji, v prędkość ładunku.

U podstaw teorii pola elektromagnetycznego leżą dwie ważne zasady: superpozycji i zachowania ładunku. Pierwsza oznacza, że wektory E i B są sumą od wszystkich ładunków. Druga stwierdza, że ładunek całkowity przy wszelkich przemianach fizycznych jest stały.

¹ Właściwa nazwa tych maszyn powinna być „maszyny elektromagnetyczne", gdyż pole magnetyczne jest wielkością sprzęgająca proces elektromechanicznej przemiany energii.

Maszyny elektryczne bazujące na energii pola elektrycznego są rzadko stosowane do elektromechanicznego przetwarzania energii. Jednym z powodów jest osiągalna współcześnie względnie niska gęstość energii pola elektrycznego - około 10 000 razy mniejsza niż w przypadku gęstość energii pola magnetycznego.

Część maszyny, której funkcją jest wzbudzanie pola elektrycznego lub magnetycznego.