Зм 7. Електричні машини

Електричні машини – це загальна назва генераторів, які перетворюють механічну енергію в електричну і двигунів, які перетворюють електричну енергію в механічну. На відміну від машин трансформатори уявляють собою статичні електромагнітні пристрої. Головною характерною рисою, загальною для електричних машин і трансформаторів, є те, що вони відносяться до енергоутворюючих пристроїв, що працюють на принципі електромагнітної взаємодії.

7.1. Асинхронні електричні машини.

З числа різних видів електричних машин (двигунів, генераторів) найрозповсюдженішими є асинхронні безколекторні машини, які найчастіше використовуються як двигуни.

Асинхронна машина – це машина, при роботі якої збуджується обертове магнітне поле (магнітне поле, що обертається) і змушує обертатись ротор. Ротор обертається асинхронно відносно поля, тобто з кутовою швидкістю, відмінною від кутової швидкості поля.

Асинхронна машина винайдена ще в 1889 − 1891 рр. російським вченим М.Й.Доліво-Добровольським. Демонстрація перших двигунів відбулася на Міжнародній електротехнічній виставці у Франкфурті на Майні у вересні 1891 року. На виставці було представлено три трифазних двигуна різної потужності. Найпотужніший з них мав потужність 1,5 кВт і використовувався для приведення в обертання генератора постійного струму. Конструкція асинхронного двигуна, запропонована Доліво-Добровольським, виявилася дуже вдалою і є основним видом конструкції цих двигунів до теперішнього часу.

Асинхронна машина проста і дешева. Загальний недолік – відносна складність і неекономічність регулювання їх експлуатаційних характеристик.

7 .1.1. Принцип дії асинхронної машини

Двополюсний підковоподібний магніт (рис. 7.1) обертається з постійною швидкістю. Між полюсами магніту розташований барабан – ротор, виконаний з струмовідних стрижнів у вигляді «білячого колеса». Магнітні лінії поля при обертанні магніту перетинаючи стрижні ротора, індукують в них ЕРС, що обумовлює появу в стрижнях струмів. В результаті взаємодії струмів в стрижнях з магнітним полем виникає сила, що утворює електромагнітний обертовий момент. Під дією цього моменту ротор починає обертатись в напрямку обертання магнітного поля. Із збільшенням швидкості обертання ротору і, відповідно, зменшенням відносної швидкості руху стрижнів в магнітному полі індуковані в них ЕРС поступово зменшуються, в зв’язку з цим зменшуються струми в стрижнях ротору і відповідно зменшується обертовий момент. При певній швидкості обертання ротора (меншій за швидкість обертання магнітного поля) настає рівновага між магнітним обертовим моментом і моментом опору (тертя) і далі швидкість обертання ротору при рівновазі моментів залишається постійною.

Якщо до ротора прикласти зовнішній момент опору (навантаження) то рівновага порушиться – момент опору буде більший за обертовий момент. В результаті швидкість обертання ротора почне зменшуватись, швидкість перетинання магнітними лініями стрижнів збільшуватись, індуковані в стрижнях ЕРС і, відповідно, струми збільшуватись, збільшується обертовий момент і, кінець–кінцем при деякій новій швидкості обертання ротора знову досягнеться рівновага моментів.

З цього програшу подій – висновок: кожному значенню моменту опору відповідає певна швидкість обертання ротора.

Отже, швидкість обертання ротора і магнітного поля неоднакові. Степінь відставання швидкості обертання ротору n₂ від швидкості обертання магнітного поля n₁ оцінюється величиною ковзання:

звідки n₂ = n₁(1 – s).

При зміні швидкості обертання ротора n₂ в межах 0  n₁ ковзання s змінюється в межах 1  0.

Розглянута модель механізму – не є двигуном. В асинхронному двигуні ніякого підковоподібного магніту нема, магнітне поле, що обертається, (обертове магнітне поле) утворюється електричним шляхом нерухомими обмотками, що живляться трифазним струмом.