Пусть есть постоянное во времени и пространстве поле вектора магнитной индукции 
. В это поле помещена плоская катушка, вращающаяся с угловой скоростью 
вокруг оси (оси вращения), совпадающей с ее плоскостью и перпендикулярной вектору поля. Число витков катушки 
.
Положительное направление оси обмотки по отношению к положительному направлению обхода катушки определяется правилом правоходового винта. На рис. 1.39 изображены положения катушки в магнитном поле; направления обхода обозначены крестиками и точками; направление оси обмотки – утолщенными стрелками; ось вращения перпендикулярна плоскости рисунка.
Рис.1.39.
В положении а) катушка охватывает максимальный поток; в положении b ) поток, сцепленный с катушкой, равен нулю. В соответствии с законом электромагнитной индукции 
при движении в поле из положения а) в положение b ) в катушке индуктируется имеющая положительный знак ЭДС; она действует в направлении, совпадающем с направлением обхода катушки. В положении с) поток снова достигает максимального значения. При движении от b ) к с) алгебраическое значение потока уменьшается и достигает наименьшего значения (положение с) ); индуктированная ЭДС при этом движении положительна. В положении d ) поток катушки равен нулю, поэтому алгебраическое значение потока при движении от с) к d ) увеличивается. ЭДС, индуктируемая на этом интервале движения отрицательна и действует в направлении, обратном направлению обхода обмотки. Отрицательная ЭДС индуктируется и при движении от d ) до e ).
Рассмотренное движение катушки в магнитном поле определяет индуктированную в ней переменную ЭДС, что показано на рис.1.40.
Рис.1.40
При вращении катушки с постоянной угловой скоростью угол между осью катушки и направление силовых линий поля
, (1.92)
а поток, сцепленный с катушкой
, (1.93)
где 
- максимальное значение потока.
Индуктированная ЭДС
. (1.94)
ЭДС 
отстоит от потока индукции по фазе на четверть периода (
) что видно из рис.1.40.
Угловая скорость вращения катушки определяет периодичность (частоту) изменения потоков, потокосцеплений, ЭДС, напряжений, токов, параметров. Однако равенство частоты изменения указанных величин и механической угловой скорости вращения 
в системе есть только в случае двухполюсных машин.
Если преобразователь имеет 2р полюсов, то круговая частота, определяющая периодичность процессов, 
.
|
Представленные на рис.1.40 последовательные положения движущейся в магнитном поле катушки совместим с движением еще одной катушки. Теперь в поле вращаются с угловой скоростью |
|
|
, 
и 
, 
- соответственно. Оси катушек сдвинуты в пространстве на угол 
(рис.1.42). Очевидно, что изменение потоков 
Рис.1.42.
Точки a , b , c , d и e соответствуют положениям, приведенным на рис.1.39 и рис.1.40.
В электромеханических преобразователях катушки могут располагаться на неподвижных ферромагнитных сердечниках. Такую же картину изменений потоков 
, 
и ЭДС 
, 
, как и приведенная на рис.1.41 и рис.1.42, можно получить, если систему из двух катушек сделать неподвижной, но вращать относительно нее поле (рис.1.43):
Рис.1.43.
Ферромагнитные материалы, в силу своих свойств, усиливают магнитные связи, определяющие процессы преобразования энергии. В системе, состоящей из двух катушек, катушка а опережает в движении катушку b (рис.1.42); катушка b занимает определенные положения а, b , c , d в пространстве позже, чем катушка а, на 
оборота. Если машина имеет 2р полюсов, то запаздывание составляет 
оборота.
Если к зажимам (началам и концам) вращающихся (рис.1.41) или неподвижных (рис.1.43) катушек подключить приемники энергии (нагрузку), то рассматриваемая система определяет принципиальную схему двухфазного синхронного генератора. В обмотках генератора индуктируются переменные ЭДС, смещенные по фазе на периода, обусловливающие переменные токи в нагрузке.
Отдельные обмотки (aн - aк) и (bн - bк) называются фазами обмотки.