Трехфазный асинхронный двигатель

       Электрическая энергия, как правило, передается и используется с помощью трехфазной системы токов. Для преобразования электрической энергии в механическую используется асинхронный двигатель. Он был изобретен в 1889 году М.О. Доливо-Добровольским и получил наибольшее распространение вследствие простоты и надежности конструкции.

       Схема трехфазного асинхронного двигателя показана на рис.1.8.1. На полюсах железного сердечника кольцевой формы, называемого статором, помещены три обмотки, расположенные под углом 120° друг относительно друга. Внутри сердечника укреплен на оси металлический цилиндр, называемый ротором. В пазы ротора укладывается обмотка. В зависимости от конструкции ротора электродвигатели делятся на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. Обмотка короткозамкнутого ротора сделана из медных стрежней, закладываемых в пазы ротора. Торцы стержней соединены с помощью медного кольца. Такая обмотка называется обмоткой типа «беличьего колеса». Фазный ротор с контактными кольцами применяется обычно в электродвигателях большой мощности.

Если подключить обмотки к сети трехфазного переменного тока, то магнитное поле, создаваемое катушками, окажется вращающимся. Частота вращения магнитного поля n₁называется синхронной. Под действием вращающегося магнитного поля в обмотке ротора возникнут вихревые токи, создающие свое магнитное поле. При взаимодействии его с вращающимся магнитным полем статора возникнет вращающий момент, и ротор будет вращаться с частотой n₂. Эта частота отличается по величине от частоты вращения магнитного поля и называется асинхронной. Вследствие несовпадения частот вращения магнитного поля и ротора двигатель также называется асинхронным. Разница частот определяется величиной, называемой скольжением и определяемой по формуле:

Изменить направление вращения магнитного поля можно переключением любых двух фаз. Если разместить в статоре не три, а другое число, кратное трем, то вращающееся магнитное поле будет не двухполюсным, а многополюсным. Количество пар полюсов можно определить, разделив число обмоток на три. При этом частота вращения магнитного поля может быть определена по формуле:

где f – частота трехфазного тока, p – число пар полюсов.

Синхронный генератор

       На современных электростанциях механическая энергия превращается в электрическую, как правило, с помощью синхронных генераторов. Статор синхронного генератора устроен подобно статору асинхронной машины. Он представляет собой основание, в которое встроен сердечник из отдельных листов электротехнической стали. В пазы сердечника укладываются провода обмотки. Ротор синхронного генератора приводится во вращение независимым источником механической энергии (паровой или водяной турбиной) и несет на себе обмотку возбуждения, обтекаемую постоянным током. Создаваемый этим током магнитный поток возбуждения вращается с неизменной частотой n и наводит в трехфазной обмотке статора ЭДС, величина которой определяется по формуле:

гдеk_р – коэффициент распределения обмотки статора, f – частота переменного тока, w – количество витков, Φ_в–магнитный поток обмотки возбуждения.

ЭДС фазных обмоток будут сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°. Если к обмотками статора присоединить нагрузку, то появится трехфазный ток. Этот ток создаст магнитный поток статора, часть которого будет создавать вращающееся магнитное поле. Частота сращения магнитного поля статора равна частоте вращения магнитного поля ротора, поэтому генератор называется синхронным.