Методическое пособие для студентов заочного факультета Санкт-Петербург 2007

Простейший электрический двигатель представляет собой проводник l, который находится в неподвижном равномерном (B = const) магнитном поле Φ (рис. 18) и по которому (при замкнутом ключе «К») течет ток I.

Рис. 18
Проводник l получает питание от генератора постоянного тока бесконечной мощности, который на рисунке 18 показан в виде аккумуляторной батареи с напряжением (э.д.с.) Е_г и может перемещаться вместе с двигателем l. Величина тока I в рассматриваемой схеме определяется по закону Ома для замкнутой цепи (4):

(39)

где R_д – внутреннее сопротивление простейшего двигателя; (по аналогии с
сопротивлением генератора );
R_пр – электрическое сопротивление проводов, соединяющих источник энергии Е_г
с двигателем l.
В
(40)
соответствии с законом Ампера (20) на проводник l с током I будет действовать электромагнитная сила
,
направление которой определяется по правилу левой руки (рис. 9).
В качестве механической нагрузки для простейшего электродвигателя l на рисунке 18 условно показан вагон, который двигатель должен перемещать со скоростью v в направлении действия силы F.
Если сила F_с сопротивления движению будет меньше силы тяги F, развиваемой двигателем, то вагон тронется с места и будет ускоряться до тех пор, пока эти силы не уравняются (F_с = F), и движение двигателя с вагоном станет равномерным (v = const).
О
(41)
дновременно с началом движения (v > 0) проводник l начинает пересекать силовые линии магнитного поля Φ (рис. 18) под прямым углом (sinα = 1), в результате чего в проводнике будет индуктироваться э.д.с. (закон электромагнитной индукции)
,
направление которой определяется по правилу правой руки (рис. 12).
Как видно из рисунка 18 э.д.с. е направлена навстречу току, что соответствует принципу Ленца, то есть направление э.д.с. должно быть таким, чтобы противодействовать причине ее появления.
В рассматриваемом случае причиной является движение (v > 0) проводника l под действием силы Ампера F = BIl, зависящей от величины тока I. В конечном счете, причина появления э.д.с. е обусловлена током I, протекающим под действием напряжения Е_г источника энергии (рис. 18). Поэтому э.д.с. е двигателя стремится уменьшить ток I до нуля (I  0), действуя навстречу ему, а, следовательно, и навстречу напряжению Е_г. На этом основании в двигателях постоянного тока э.д.с. е получила название «противоэлектродвижущая сила» или сокращенно «протво э.д.с.».
Таким образом, рассматривая проводник l с током I в неподвижном магнитном поле Φ (рис. 18), можно убедиться в возможности преобразования электрической энергии (электрическая мощность генератора Р_эл = Е_гI) в механическую энергию (мощность поступательного движения, развиваемая двигателем l, Р_мех = Fv).
Рабочий процесс преобразования энергии в двигателе, как и в генераторе, характеризуется совместным (одновременным) действием двух законов: закона электромагнитной индукции и закона Ампера.
В отличие от рабочего процесса преобразования энергии в генераторе, в двигателе (с точки зрения причинно-следственной связи) оба закона меняются местами: закон Ампера является причиной, а закон Фарадея – следствием.