Поскольку в процессе преобразования энергии должен соблюдаться закон сохранения энергии, то можно записать уравнение баланса энергии:
энергия на входе = энергия на выходе + запасенная энергия + потери энергии.
Если электромеханический преобразователь энергии работает в режиме двигателя, то энергия на входе – электрическая, энергия на выходе – механическая, запасенная энергия связана с накопителями энергии магнитного поля, потери энергии – тепловая энергия, возникающая вследствие потерь в проводниках (электрические потери), магнитопроводах (магнитные потери), на трение в подшипниках и вращающихся частей в воздухе (механические потери).
Общая структура электромеханического преобразователя может быть представлена следующей схемой (рис.1.11):
Рис.1.11
На схеме показаны составляющие системы и их связи: ЭС – электрическая часть системы, МС – механическая часть системы, МП – магнитное поле связи в пространстве, разделяющем неподвижную и подвижную части преобразователя, 11' – электрический вход (электрические зажимы), 22' – электрический вход магнитного поля связи, 33' – механический вход (вал для вращающегося преобразователя), 44' – механический вход магнитного поля связи, рэ – электрические потери, рм – магнитные потери, рт – механические потери; со стороны электрических зажимов обозначения переменных обычны – u , i , e (соответственно напряжение, ток, электродвижущая сила), со стороны механических – это , f , (или , М) – скорость и сила соответственно (или угловая скорость и момент). Пространство, разделяющее неподвижную и подвижную части преобразователя, называют рабочим зазором.
Преобразование энергии в рассматриваемой системе полагает присутствие в зазоре, в соответствии с определением вектора Пойнтинга, и электрического, и магнитного поля. Но, когда внутренняя среда преобразователя является ферромагнитной, он определяется как магнитный.
В разделе 1.1. сообщены понятия, связывающие основные электрические и магнитные явления. Электротехника выделяет два подхода к изучению (описанию и анализу) типичных явлений в электротехнических устройствах – это теория электрических цепей и теория электромагнитного поля. Рассматриваемый курс ограничивается использованием теории электрических цепей и соответствующей ей по формальному описанию и методам анализа теории магнитных цепей. Эти разделы электротехники совместно устанавливают необходимое единство электрических и магнитных явлений в электромеханических преобразователях.
Расчеты электрических и магнитных цепей – это опосредованное параметрами определение соотношений токов, магнитодвижущих сил, магнитных потоков, напряжений, электродвижущих сил.
Процессы в электромеханических преобразователях энергии могут быть представлены в терминах теории цепей с сосредоточенными параметрами с использованием ее методов. Это – цепи, в которых сопротивления и индуктивности рассматриваются как сосредоточенные в ветвях, соединяющих узлы; ток изменяется при переходе к другой ветви через узел. Результаты расчетов цепей используются для расчетов характеристик устройства.
Естественно желание применять давно и хорошо разработанные изящные методы теории электрических цепей для решения задач электромеханики, в том числе и неэлектрических.