機電能量轉換

如今，電能是應用最廣泛的能量形式，用於執行多種工業、商業和家庭功能，例如抽水、風扇、冷卻器、空調、製冷等。由於大多數過程都需要將電能轉換為機械能。同樣，機械能也轉換為電能。因此，這清楚地表明我們需要一種機制來將電能轉換為機械能，並將機械能轉換為電能，這種機制被稱為機電能量轉換裝置。

機電能量轉換裝置

因此，能夠將電能轉換為機械能或將機械能轉換為電能的裝置稱為機電能量轉換裝置。電動發電機和電動機是機電能量轉換裝置的例子。

在任何機電能量轉換裝置中，電能與機械能之間的轉換都是透過電場或磁場介質進行的。然而，在大多數實際的機電能量轉換裝置中，磁場用作電氣系統和機械系統之間的耦合介質。

機電能量轉換裝置可分為兩類：

• 大運動裝置（如電機和發電機）

• 增量運動裝置（如電磁繼電器、測量儀表、揚聲器等）

將電能轉換為機械能的裝置稱為電動機。將機械能轉換為電能的裝置稱為發電機。

在電動機中，當載流導體置於變化的（或旋轉的）磁場中時，導體會受到機械力。對於發電機，當導體在磁場中運動時，導體中會感應出電動勢。儘管這兩種電磁效應同時發生，但當能量在所有機電能量轉換裝置中從電能轉換為機械能以及反之亦然時，這兩種效應就會發生。

能量平衡方程

能量平衡方程是一個表示式，它顯示了能量轉換的完整過程。在機電能量轉換裝置中，總輸入能量等於三個分量的總和：

• 耗散或損失的能量

• 儲存的能量

• 有用的輸出能量

因此，對於電動機，能量平衡方程可以寫成：

Electrical energy input = Energy dissipated + Energy stored + Mechanical energy output

其中：

• 電能輸入是從主電源提供的電力。

• 儲存的能量等於儲存在磁場中的能量以及以勢能和動能形式儲存在機械系統中的能量之和。

• 耗散的能量等於電阻損耗、磁芯損耗（磁滯損耗+渦流損耗）和機械損耗（風損和摩擦損耗）之和。

對於發電機，能量平衡方程可以寫成：

Mechanical energy input = Electrical energy output + Energy stored + Energy dissipated

其中，機械能輸入是從渦輪機、發動機等獲得的機械能，用於旋轉發電機的軸。