электрическая машина, применяемая для получения переменного тока (генератор) или для преобразования электрической энергии в механическую (двигатель) либо в электрическую энергию другого напряжения или частоты (преобразователь) П. т. м. разделяют на синхронные и асинхронные.

Синхронными называют П. т. м., в которых основное магнитное поле создается постоянным током (или постоянным магнитом), а частота вращения ротора и частота переменного тока находятся в строго определенной зависимости: , где n - частота вращения ротора в об/мин, f - частота переменного тока в гц, р - число пар полюсов магнитной системы. Синхронные машины используют главным образом в качестве Переменного тока генераторов и двигателей в Электроприводах, реже для преобразователей постоянного тока в переменный, а также для компенсации сдвига фаз между током и напряжением в электрических сетях (см. Компенсатор синхронный) и в устройствах автоматики и измерительной техники, где необходима синхронная частота вращения командных и исполнительных устройств.

Асинхронными называют такие П. т. м., в которых основное магнитное поле создается переменным током и частота вращения ротора, не связанная жестко с частотой тока в обмотке статора, меняется с нагрузкой. Наибольшее применение получили бесколлекторные асинхронные машины (см. Асинхронная электрическая машина), используемые главным образом в качестве электродвигателей. Значительно реже применяются коллекторные асинхронные электродвигатели (см. Коллекторная машина, Репульсионный электродвигатель) - более дорогие и менее надежные в эксплуатации, чем бесколлекторные.

П. т. м. являются также составной частью каскадов электромашинных (См. Каскад электромашинный) и используются в качестве электрических микроэлектромашин (См. Микроэлектромашина).

Синхронные и асинхронные П. т. м. обладают свойством обратимости - они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

электрическая машина, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую энергию постоянного тока (генератор) или обратное преобразование (двигатель). П. т. м. обратима, т. е. одна и та же машина может работать и как генератор, и как двигатель; так, например, работают тяговые двигатели подвижного состава и исполнительные двигатели мощных электроприводов постоянного тока. Действие генератора основано на явлении индукции электромагнитной (См. Индукция электромагнитная). При вращении витка из электропроводящего материала в постоянном магнитном поле (рис. 1) в витке возникает переменная эдс с частотой , где р - число пар полюсов магнитной системы, Ω - угловая скорость. Для преобразования переменной эдс в постоянное напряжение служит Коллектор электромашинный. К пластинам коллектора подсоединяются концы витка (в реальной машине имеется большое число витков и коллекторных пластин). Для подключения внешней цепи служат угольные или графитные щётки, соприкасающиеся с пластинами коллектора. Работа двигателя основана на взаимодействии проводников с током и магнитного поля (см. Ампера закон), что приводит к появлению электромагнитного вращающего момента.

Активными частями П. т. м. являются магнитные сердечники, обмотки Статора и Ротора (якоря) и коллектор (рис. 2). Магнитный сердечник статора состоит из стальной станины, шихтованных (набранных из стальных пластин) главных и массивных дополнительных полюсов. На главных полюсах расположена обмотка возбуждения, на дополнительных - обмотка, соединённая последовательно с обмоткой якоря. Магнитопровод (сердечник) якоря также шихтованный; в его пазах расположена рабочая обмотка. Конструктивные элементы П. т. м. - вал, подшипники, подшипниковые щиты, токосъёмное устройство, вентилятор. Обмотка возбуждения создаёт основное магнитное поле. При подключении обмотки якоря к внешней цепи по ней проходит ток, создающий магнитное поле якоря. Результирующий поток в зазоре между статором и ротором благодаря влиянию магнитного поля якоря меньше, чем поле при холостом ходе (когда цепь отключена). Размагничивающее действие магнитного поля якоря обусловлено насыщением и увеличением магнитного сопротивления полюсных наконечников.

При работе П. т. м. может появляться искрение под щётками в процессе коммутации тока. При прохождении секции обмотки якоря из зоны одной полярности (например, N) в зону др. полярности (S) направление тока в ней меняется на обратное. Вследствие этого в секции, замкнутой накоротко щёткой, индуктируется т. н. реактивная эдс. Она представляет собой сумму эдс самоиндукции, обусловленной изменением тока, и эдс взаимоиндукции (если коммутируются одновременно несколько секций). Помимо этого, в коммутируемой секции возникает т. н. эдс вращения, обусловленная перемещением секции в поле якоря, которое в зоне коммутации имеет наибольшую величину. Эти эдс вызывают замедление изменения тока, увеличение плотности тока под сбегающим краем щётки и искрение под щётками. Для компенсации реактивной эдс в коммутируемой секции применяют дополнительные полюса, изменяющие направление поля якоря в зоне коммутации. Наличие коллектора и щёточного устройства усложняет конструкцию, обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкую надёжность П. т. м.

Первый двигатель постоянного тока, пригодный для практических целей, был построен Б. С. Якоби в 1838. Двигатель получал питание от гальванических батарей и использовался для привода гребного вала лодки. Первый генератор постоянного тока создан также Якоби в 1842. Вначале в П. т. м. использовались постоянные магниты. Существенным шагом вперёд явилось применение электромагнитов. В 1859 А. Пачинотти изобрёл электродвигатель с кольцевым якорем, который был усовершенствован З. Т. Граммом в 1869. Начало широкого промышленного применения П. т. м. относят к 70-м гг. 19 в., когда Ф. Хефнер-Альтенек (См. Хёфнер-Альтенек) заменил кольцевой якорь барабанным, упростив тем самым конструкцию П. т. м. и увеличив вдвое её мощность. В таком виде П. т. м. сохранилась практически без изменений, усовершенствования касались главным образом применения лучших изоляционных и конструкционных материалов, более прогрессивной технологии, разработки точных методов расчёта и оптимизации габаритов. П. т. м. были созданы и получили промышленное применение ранее машин переменного тока, но утратили доминирующее положение после изобретения М. О. Доливо-Добровольским (См. Доливо-Добровольский) системы трёхфазного тока (1889). П. т. м. использовались лишь в отдельных областях, где необходимо регулирование частоты вращения в широком диапазоне: генераторы - как возбудители синхронных машин, сварочные генераторы, в системах генератор-двигатель; двигатели - в электроприводах на транспорте, в металлургии (на мощных прокатных станах) и т.п. Однако с 50-х гг. 20 в. сфера применения П. т. м. вновь расширилась: П. т. м. средней мощности стали применять как электромашинные усилители (ЭМУ), а микроэлектромашины - в системах автоматического регулирования и в бытовых электрических устройствах. Микродвигатели постоянного тока имеют лучшие характеристики, больший диапазон регулирования по частоте вращения и более высокую точность регулирования, чем микродвигатели переменного тока. В то же время П. т. м. утрачивают своё значение как возбудители синхронных машин, на смену им приходят ионные и полупроводниковые системы возбуждения.

В СССР созданы серии П. т. м., которые полностью удовлетворяют потребность в такого рода электрических машинах. В 70-х гг. разработанная ранее серия П (диапазон мощностей 0,3-1400 квт, напряжение 110/220/440 в) заменяется новой серией 2П, показатели которой соответствуют современным требованиям энергетики. Помимо серийных, существует большое разнообразие специальных П. т. м.: электромашинные усилители, сварочные генераторы, генераторы для гальванических процессов и электролиза, униполярные П. т. м. Применяемые в бытовой технике микромашины также различны как по конструкции, так и по режимам работы.

Лит.: Рихтер Р., Электрические машины, пер. с нем., т. 1, М. - Л., 1935; Петров Г. Н., Электрические машины, 2 изд., ч, 3, М. - Л., 1968; Брускин Д. Э., 3орохович А. Е., Хвостов B. C., Электрические машины и микромашины, М., 1971; Электротехнический справочник, 4 изд., т. 1, кн. 1, М., 1971.

Л. М. Петрова.

Рис. 1. Схема работы машины постоянного тока: N, S - полюса постоянного магнита; I - ток в нагрузке; 1 - щётки; 2 - пластина коллектора; 3 - виток провода на якоре машины; 4 - нагрузка.

Рис. 2. Машина постоянного тока: 1 - коллектор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - станина; 4 - главные полюса; 5 - магнитопровод якоря; 6 - рабочая обмотка якоря; 7 - дополнительные полюса; 8 - обмотка дополнительных полюсов.

устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 в. (например, батарея Вольта, элемент Лекланше). Однако вплоть до 40-х гг. 20 в. в мире было разработано и реализовано в конструкциях не более 5 типов гальванических пар. С середины 40-х гг. вследствие развития радиоэлектроники (См. Радиоэлектроника) и широкого использования автономных И. т. создано ещё около 25 типов гальванических пар. Теоретически в И. т. может быть реализована свободная энергия химических реакции практически любого окислителя и восстановителя, а следовательно, возможна реализация несколько тысяч гальванических пар. Принципы работы большинства физических И. т. были известны уже в 19 в. В дальнейшем вследствие быстрого развития и совершенствования Турбогенераторы и Гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Физические И. т., основанные на других принципах, получили промышленное развитие лишь в 50-60-х гг. 20 в., что обусловлено возросшими и достаточно специфическими требованиями современной техники. В 60-х гг. технически развитые страны уже имели промышленные образцы термогенераторов, термоэмиссионных генераторов (СССР, ФРГ, США), атомных батарей (Франция, США, СССР).

Технический прогресс, проникновение электротехники и электроники на транспорт, в быт, медицину и т. д. стимулировали разработку автономных источников электропитания, среди которых химические И. т. в количественном отношении заняли видное место, став продукцией массового потребления. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, средства ж.-д. транспорта, автомобили, тракторы, самолёты, искусственные спутники, космические корабли, средства связи и многое другое оснащены малогабаритными И. т.

Теория И. т. предусматривает исследование всех стадий процесса генерирования электрического тока на основе современных представлений о физике твёрдого тела, жидкости и газа, о процессах переноса зарядов и электрохимических реакциях. Теория И. т. изучает также вопросы оптимизации, включающие как выбор исходных параметров, обеспечивающих оптимальные выходные характеристики И. т., так и разработку методов прогнозирования характеристик будущих И. т. К важнейшим характеристикам И. т. относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма и т. д.), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).

Химическими источниками тока принято называть устройства, вырабатывающие электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические И. т. подразделяются на первичные, вторичные и резервные, а также электрохимические генераторы. Первичные И. т. (гальванические элементы и батареи) допускают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов. Отдельные конструкции гальванических элементов и батарей разрешают кратковременное повторное использование энергии реагентов после электрической подзарядки. Положительный (катод) и отрицательный (анод) электроды, разделённые электролитом в жидком или пастообразном состоянии или же пористой мембраной-сепаратором с поглощённым в ней электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы И. т.

Вторичные И. т. (отдельные Аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное (сотни и тысячи заряд-разрядных циклов) использование энергии составляющих химических реагентов. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов в некоторых специфических условиях эксплуатации разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов. Такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом.

Резервные И. т. допускают только однократное использование энергии химических реагентов. В отличие от гальванических элементов и аккумуляторов, в резервных И. т. электролит при хранении никогда гальванически не связан с электродами. Он хранится в жидком состоянии (в стеклянных, пластмассовых или металлических ампулах) либо в твёрдом (но неэлектропроводном) состоянии в межэлектродных зазорах. При подготовке к работе резервных И. т. ампулы разрушают сжатым воздухом, взрывом, а кристаллы твёрдого электролита расплавляют с помощью электрического или пиротехнического разогрева. Резервные И. т. применяют для питания электрической аппаратуры, которая долгое время может (вынуждена) находиться в резервном (неработающем) состоянии. Срок хранения современных резервных И. т. превышает 10-15 лет.

Электрохимические генераторы (топливные элементы (См. Топливный элемент)) представляют собой разновидность химических И. т. Электрохимические генераторы способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток в результате преобразования энергии химических реагентов (газообразных или жидких), поступающих в генератор извне.

К 1970 в США и СССР были созданы промышленные образцы электрохимических генераторов. Ведутся интенсивные работы по созданию электрохимических генераторов для космических объектов, электромобилей, стационарных установок и т. д. Разрабатываются разновидности электрохимических генераторов (высоко-, средне- и низкотемпературные, на газообразных, жидких и твёрдых реагентах и т. д.), из которых наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую. (Подробнее о химических И. т. см. в ст. Химические источники тока.)

Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим И. т. относят: электромашинные генераторы, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей вт до сотен Мвт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и т. д.), по роду первичного двигателя (дизель-генераторы, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т. д. Благодаря длительному периоду теоретического, конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа И. т. достигли значений, близких к предельным (см. Генератор электромашинный).

Работа термоэлектрического генератора (ТЭГ) основана на использовании Зеебека эффекта. Рабочим материалом в ТЭГ служат различные полупроводниковые соединения кремния, германия и т. п. (как правило, твёрдые растворы). Кпд ТЭГ от 3 до 15\% в диапазоне температур от 100 до 1000°C. Исследования ТЭГ ведутся в СССР, США, Франции и др. Области возможного применения ТЭГ: автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, медицине), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др. (см. Термоэлектрический генератор).

Принцип работы термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) основан на использовании термоэмиссионного эффекта (испускание электронов поверхностью нагретого металла). Термоэмиссионный поток электронов зависит главным образом от температуры и свойств поверхности материала. Кпд отдельных лабораторных образцов ТЭП достигает 30\%, а действующих энергетических установок 15\% (при электрической мощности, снимаемой с единицы поверхности катода, - 30 вт/см²). Наиболее перспективно применение ТЭП в качестве автономных источников электроэнергии большой мощности (до 100 квт). Работы по ТЭП ведутся в СССР, США, ФРГ, Франции и др. (см. Термоэмиссионный преобразователь энергии).

Принцип действия И. т., преобразующих энергию солнечного излучения, основан на использовании внутреннего фотоэффекта (см. Фотоэлектрические явления). Фотоэлектрический генератор (Солнечная батарея) представляет собой совокупность вентильных фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможно лишь после создания в 1953 высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие образцы кремниевых фотоэлементов имеют кпд около 15\%; срок службы их практически неограничен. Солнечные батареи применяются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение как источники энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных станциях и космических кораблях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году, например в Туркменской ССР, Индии, Пакистане (см. Гелиотехника).

И. т., преобразующие энергию атомного распада (атомные батареи), используют кинетическую энергию электронов, образующихся при β-распаде. Эти И. т. находились к 1971 в стадии разработки, и их практическое использование требует решения многих конструкторских и технологических задач. Кпд атомных батарей невысок (до 1\%), а область применения может быть определена лишь после накопления достаточного опыта их использования.

Лит. см. при статьях с описанием конкретных типов источников тока.

Н. С. Лидоренко.

двухцилиндровая Паровая машина двойного действия, в которой пар расширяется в цилиндре меньшего диаметра, а затем переходит в цилиндр большего диаметра (цилиндры расположены параллельно).