Принцип дії синхронного та асинхронного електродвигунів

За допомогою обертового магнітного поля електрична енергія перетворюється в механічну. Для цієї мети служать електричні двигуни трифазні-синхронні і асинхронні, з яких найбільш поширені останні.

Помістимо у обертове магнітне поле замкнутий виток у вигляді прямокутної рамки (мал. 22.3, а).

При обертанні поля провідники рамки перетинаються лініями магнітної індукції, в силу чого в них наводиться е. р. с. Напрямок е. р. с. визначено за правилом правої руки і зазначено на малюнку хрестиком і точкою.

Застосовуючи правило правої руки, потрібно враховувати відносний рух провідників рамки проти обертового поля. Під дією е. р. с. в рамці утворюється струм такого ж напрямку. Але провідники з струмом в магнітному полі зазнають дію електромагнітних сил, спрямованих згідно з правилом лівої руки. Щодо осі рамки електромагнітні сили утворюють момент, під дією якого рамка обертається в бік обертання поля.

Частота обертання рамки завжди менше швидкості поля: n < n₀ (рамка "ковзання" щодо поля). Завдяки ковзанню в рамці наводиться е. р. с, утворюються струм і електромагнітні сили.

Ковзання оцінюється величиною у відсотках:

Обертання рамки з частотою поля неможливо, так як при п = п₀ поле не перетинає провідників рамки, не наводиться е. р. с, відсутні струм і електромагнітні сили.

Електричні двигуни, що працюють за цим принципом, називають асинхронними.

Якщо замість короткозамкнутой рамки в магнітному полі помістити постійний магніт або електромагніт з постійним струмом в його обмотці, то завдяки взаємодії обертового поля з полем постійного магніту утворюється обертаючий момент, також спрямований у бік обертання поля (мал. 22.3, б).

Постійний магніт в постійному магнітному полі прагне зайняти положення, при якому вісь полюсів магніту в напрямку від південного полюса до північного збігається з напрямом зовнішнього поля. Постійний магніт "захоплюється" за обертовим полем, тобто обертається в ту ж сторону і з тією ж частотою, що і поле: n = n₀.

Електричні двигуни, що працюють за таким принципом, називають синхронними.

Пульсуюче магнітне поле

Обертове магнітне поле утворюється системою обмоток, схиблених в просторі.

Для більш повного уявлення про особливості обертового магнітного поля розглянемо магнітне поле однієї фази електричної машини.

Магнітне поле однофазної обмотки при постійному струмі

Одна фаза трифазної обмотки схематично показано на рис. 22.4, а причому провідники її розподілені рівномірно на ¹/₃ внутрішньої поверхні статора (розподілені обмотки найбільш поширені). Дві інші фази окремо займають такі ж ділянки поверхні статора, так що в цілому трифазна обмотка являє собою систему провідників, рівномірно розподілених по повітряного зазору.

Площина, перпендикулярна осі магнітного потоку, якій статор і ротор діляться на дві частини, називають нейтраллю. На одній з них знаходиться північний полюс, а на іншій - південний (на мал. 22.4 позначені полюса ротора).

Доцільно також розглянути розгортку статора, тобто представити циліндричну поверхню статора розрізаної в одному місці- за утворює і розгорнутої на площині (мал. 22.4, б).

Проведемо навколо частини провідників котушки замкнутий контур 1-2-3-4 і напишемо для него'рівняння за законом повного струму

де N - число провідників з струмами, зв'язані з виділеним контуром.

Магнітним опором сталевий частини магнітопровода можна знехтувати, так як

u_a>>u₀ Тоді в рівняння увійде магнітне напруга тільки двох повітряних зазорів, в яких напруженість магнітного поля однакова:

При рівномірному розташуванні провідників

де N₁ - число провідників, що приходиться на одиницю центрального кута кола статора:

З формули (22.2) видно, що магнітна індукція в повітряний проміжок тій частині кола статора, де розташовуються провідники обмотки, змінюється пропорційно відстані від нейтралі, тобто уздовж повітряного зазору, за прямолінійним закону.

При 2h = П/3 магнітна, індукція досягає найбільшої величини:

Ця величина магнітної індукції в повітряний проміжок зберігається протягом усього кола статора, де немає провідників. Таким чином, однофазна обмотка утворює одну пару магнітних полюсів (N I S), а графік розподілу магнітної індукції являє собою равнобокую трапецію.

За формою такий графік близький до синусоїді, тому для спрощення наступних висновків замінимо дійсний графік синусоїдальної кривий з амплітудою Вт, рівняння якої запишемо щодо початку координат, розташованого на осі полюсів (вісь А):