На рис.19 показаны направления действия механических иэлектрических величин в якоре генератора и двигателя постоянного тока.
 |
а б
Рис.19. Направления ЭДС, тока и моментов в генераторе (а) и двигателе (б) постоянного тока
Согласно первому закону Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозящие вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент:
(50)
где 
– момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем;
– момент сил трения в подшипниках, о воздух и на коллекторе электрической машины;
– тормозящий момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря.
Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.
В двигателе при установившемся режиме работы:
(51)
где
–тормозящий момент на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной (станок, насос и т. п.).
В генераторе 
является движущим, а в двигателе тормозящим моментом, причем в обоих случаях 
и 
противоположны по направлению.
Развиваемая электромагнитным моментом мощность 
называется электромагнитной мощностью и равна:
, (52)
где
(53)
представляет собой угловую скорость вращения рад/с.
Подставим в выражение (52) значения и 
из равенств (48) и (53) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря:
(54)
Тогда получим:
(55)
В обмотке якоря под действием ЭДС 
и тока 
развивается внутренняя электрическая мощность якоря:
|
|
(56)
Согласно равенствам (55) и (56), 
т.е. внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.
Умножим соотношения (46) и (49) на . Тогда для генератора будем иметь:
(57)
и для двигателя:
(58)
Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей – электромагнитную мощность якоря и последние члены – электрические потери мощности в якоре.
Хотя приведенные соотношения получены для простейшей машины постоянного тока (рис.16, а), они действительны и в общем случае при более сложной обмотке якоря, так как ЭДС и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока. Согласно им, механическая мощность, развиваемая на валу генератора первичным двигателем, за вычетом механических и магнитных потерь превращается в электрическую мощность в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во внешнюю цепь. В двигателе электрическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнитного поля и последняя – в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.
|
|
Установленные выше применительно к машине постоянного тока общие закономерности превращения энергии в равной степени относятся также к машинам переменного тока.