בעירור מקבילי סליל העירור מחובר במקביל לרשת, ולכן הוא מקבל את מלוא מתח ההזנה:

הזרם הנצרך מן הרשת מתפצל בין סליל העירור לסליל העוגן:

הכא״מ הנגדי הוא מתח ההזנה בניכוי מפל המתח על התנגדות העוגן:

שים לב שהפסדי הנחושת בסליל העירור גדולים מאלה שבעוגן, אף שהזרם בו קטן בהרבה — משום שהתנגדותו גבוהה בשלוש סדרי גודל.

בעירור טורי סליל העירור מחובר בטור לסליל העוגן, ולכן אותו זרם זורם בשניהם ושווה לזרם הנצרך מן הרשת:

הזרם עובר דרך שתי ההתנגדויות הטוריות, ולכן מפל המתח נגזר מסכומן:

ההספק האלקטרומגנטי הוא ההספק שהומר מחשמלי למכני, והוא מכפלת הכא״מ הנגדי בזרם העוגן:

בדיקה: סכום ההספק האלקטרומגנטי והפסדי הנחושת שווה להספק הנצרך — 9197.5 + 3802.5 = 13 000 W.

ההספק הרשום על השלט הוא ההספק המכני על הציר, ולכן הוא זה שקובע את המומנט:

ההספק על הציר הוא ההספק היוצא. הזרם נקבע לפי ההספק הנכנס, הגדול ממנו בשיעור הנצילות:

בדיקה: סך ההפסדים במנוע הוא 4706 פחות 4000, כלומר 706 W. הפסדי הנחושת הם 311.5 W, ולכן הפסדי הברזל והחיכוך הם כ־394 W — ערך סביר.

ההספק הנצרך מן הרשת:

מהספק זה יש להחסיר את כל ההפסדים. הפסדי הנחושת משתנים עם העומס ויש לחשבם:

ההפסדים הקבועים נתונים בשאלה. ההספק על הציר הוא הנצרך בניכוי שני סוגי ההפסדים:

נצילות המנוע בנקודת עבודה זו היא 3812.55 חלקי 4500, כלומר 84.7 אחוזים.

ההפרש בין ההספק האלקטרומגנטי (2.68 kW) לבין ההספק על הציר (2.534 kW) הוא הפסדי הברזל והחיכוך.

מאזן ההספקים במנוע: ההספק הנכנס שווה להספק על הציר בתוספת הפסדי הנחושת וההפסדים הקבועים.

בדיקת סבירות: הנצילות היא 9000 חלקי 11730, כלומר 76.7 אחוזים — סביר למנוע קטן במהירות גבוהה.

משוואות המתח והזרם של מנוע בעירור מקבילי:

סליל העירור מחובר למתח קבוע, ולכן זרם העירור והשטף אינם משתנים. הכא״מ פרופורציוני למהירות בלבד:

הכא״מ ירד, ולכן מפל המתח על העוגן גדל והזרם עולה:

ירידה של 50 סל״ד בלבד — כ־3 אחוזים — כמעט הכפילה את הזרם. זו התנהגות אופיינית למנוע בעירור מקבילי, שבו התנגדות העוגן קטנה מאוד.

נסמן במדד 1 את הגדלים בזרם של 15 A, ובמדד 2 את הגדלים בזרם של 12 A.

זרם העירור נקבע על ידי המתח בלבד ואינו משתנה בין שני המצבים:

נבטא את הכא״מ בכל מצב:

השטף קבוע, ולכן המהירות פרופורציונית לכא״מ:

הקטנת העומס הקטינה את הזרם, הקטינה את מפל המתח על העוגן, ולכן המהירות עלתה מעט.

נבודד את התנגדות העוגן ממשוואת הכא״מ:

ברגע ההתנעה המנוע עומד, ולכן אין כא״מ נגדי כלל. את הזרם מגביל רק העוגן:

זרם זה גדול פי 8.5 מן הזרם הנקוב — ומכאן ההכרח בנגד התנעה.

נדרוש שזרם ההתנעה החדש יהיה שליש מן הקודם, ונוסיף נגד בטור לעוגן:

נקודת המוצא היא משוואת המהירות של מנוע לזרם ישר. הכא״מ הנגדי פרופורציוני למכפלת השטף במהירות, ולכן:

מן הנוסחה עולה שניתן לשנות את המהירות בשלוש דרכים בלבד: שינוי מתח העוגן, שינוי השטף, או שינוי ההתנגדות במעגל העוגן. אלו הן שלוש השיטות.

שיטה 1 — ויסות מתח העוגן

מזינים את העוגן ממקור מתח משתנה, בעוד העירור נשאר קבוע. המהירות פרופורציונית למתח, ולכן ניתן לווסת אותה ברציפות מאפס ועד המהירות הנקובה.

זו השיטה המועדפת: היא יעילה, אינה מבזבזת הספק, ומאפשרת שמירה על מומנט מלא בכל המהירויות. זהו העיקרון שבבסיס כונני זרם ישר מודרניים.

שיטה 2 — ויסות השטף (החלשת שדה)

משנים את זרם העירור ובכך את השטף. הקטנת השטף מגדילה את המהירות מעל הנקובה, שכן השטף נמצא במכנה.

שיטה זו יעילה כי הספק מעגל העירור קטן, אך יש לה מחיר: הקטנת השטף מקטינה גם את המומנט, ולכן היא מתאימה רק לעבודה מעל המהירות הנקובה ובעומס קל.

להלן שלוש דרכים מקובלות לממש ויסות שטף במעגל העירור:

שיטה 3 — הוספת נגד בטור לעוגן

מוסיפים נגד בטור למעגל העוגן. הנגד מגדיל את מפל המתח, מקטין את הכא״מ ולכן מקטין את המהירות מתחת לנקובה.

זו השיטה הפשוטה ביותר לביצוע, אך גם הגרועה ביותר מבחינה אנרגטית: כל ההספק העודף מתבזבז כחום על הנגד, והנצילות צונחת. בנוסף, המהירות נעשית רגישה מאוד לשינויי עומס.

ההספק המומר הוא ההספק שהומר ממכני לחשמלי. ההפרש בינו לבין הספק העומס הוא הפסדי הנחושת. בעירור טורי אותו זרם עובר בשני הסלילים:

במחולל הכא״מ גדול ממתח ההדקים, שכן מפל המתח הפנימי מוחסר ממנו:

בעירור טורי אותו זרם זורם בשני הסלילים, ולכן סכום הפסדי הנחושת הוא:

ההספק המכני הוא ההספק שהמנוע המניע מוסר לציר, והוא כולל גם את הפסדי הברזל:

הליפוף גלי, ולכן מספר זוגות המסלולים המקבילים הוא 1. מספר הקטבים 8, ולכן מספר זוגות הקטבים 4.

החיבור טורי, ולכן אותו זרם עובר בעוגן, בעירור ובעומס. שלוש ההתנגדויות בטור:

ההספק המושקע כולל את הספק העומס, את הפסדי הנחושת ואת הפסדי הברזל:

הפסדי הברזל (250 W) גדולים כמעט כמו הספק העומס עצמו (290 W), ולכן הנצילות נמוכה במיוחד. זהו מצב עבודה גרוע: המכונה מועמסת בעומס קטן בהרבה מכושרה.

בעירור מקבילי סליל העירור מחובר להדקי המחולל, ולכן:

בניגוד למנוע, כאן העוגן מספק את שני הזרמים — לעומס ולעירור — ולכן הם מתחברים:

הפסדי הנחושת הם 0.87 kW מתוך 2.39 kW. היתרה, כ־1.52 kW, היא הפסדי ברזל וחיכוך.

ההספק המומר הוא הספק העומס בתוספת הפסדי הנחושת:

יתרת ההפסדים היא ההפרש בין ההספק המושקע לבין ההספק המומר. יתרה זו כוללת את ההפסדים המכניים ואת הפסדי הברזל גם יחד:

ראשית נמצא את הזרם במוצא הגנרטור:

במחולל מקבילי העוגן מזין גם את העומס וגם את העירור:

מספר הקטבים 4, ולכן מספר זוגות הקטבים 2. הליפוף גלי, ולכן מספר זוגות המסלולים 1:

נחלץ את התנגדות העוגן ממשוואת המתח של המחולל:

התנגדות השדה נובעת ישירות מחוק אוהם על סליל העירור:

סך ההפסדים כולל גם את הפסדי הנחושת בעוגן, ולכן יש להחסירם כדי לקבל את ההפסדים הקבועים בלבד:

העירור זר ומוזן ממקור נפרד, ולכן הספקו אינו נכלל במאזן ההספקים של הציר.

הפסדי הנחושת הכוללים מורכבים מן ההפסד בעוגן ומן ההפסד בסליל העירור:

המומנט האלקטרומגנטי קשור להספק האלקטרומגנטי — ולא להספק המוצא. ההספק האלקטרומגנטי הוא מכפלת הכא״מ בזרם העוגן:

ההספק המכני שיש לספק לציר כולל את הספק העומס, את הפסדי הנחושת בעוגן ואת ההפסדים הקבועים:

העירור זר ומוזן ממקור נפרד, ולכן התנגדותו אינה משתתפת במאזן הספקי הציר.

נפתח את נוסחת הכא״מ מקבוע המכונה. קבוע המכונה והמהירות הזוויתית הם:

הליפוף גלי, ולכן מספר זוגות המסלולים המקבילים הוא 1. נבצע שינוי נושא ונבודד את המהירות:

נצא מנוסחת הכא״מ ונבודד את השטף:

ההבדל בין שני סוגי הליפוף הוא במספר זוגות המסלולים המקבילים בעוגן. בליפוף גלי הוא תמיד 1, ובליפוף עניבה הוא שווה למספר זוגות הקטבים.

בליפוף גלי — מספר זוגות המסלולים הוא 1:

בליפוף עניבה — מספר זוגות המסלולים שווה למספר זוגות הקטבים, כלומר 3:

המסקנה: כדי לפתח את אותו כא״מ, ליפוף עניבה דורש שטף גדול פי 3 מליפוף גלי — בדיוק כמספר זוגות הקטבים. הסיבה: בליפוף עניבה המוליכים מתחלקים ליותר מסלולים מקבילים, ולכן פחות מוליכים מתחברים בטור בכל מסלול.