Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Прообразом асинхронного двигателя следует считать модель Доменика Араго (1786—1853)-. В 1824 г. Араго в Парижской Академии наук демонстрировал явление, названное им «магнетизмом вращения». Он показал, что медный диск приходит во вращение, если его поместить в поле вращающегося постоянного магнита. Эту идею блестяще использовал Доливо-Добро-вольский, сочетая ее с особенностями трехфазной системы токов, позволяющей получить вращение магнитного поля без всяких дополнительных устройств.
6*
147
Рассмотрим схему на рис. 4.8. Для предельного упрощения на этой схеме представлены три витка (на самом деле, разумеется, машина использует катушки с большим числом витков). Крестик и черная точка показывают вход и выход тока в каждом витке в какой-то определенный момент времени. Эти три витка образуют друг с другом углы в 120 градусов. На рис. 4.8, а показаны фазовые соотношения трех токов i1, i2, *3> протекающих по виткам. Нас интересует результирующее магнитное поле этих трех катушек. На рис. 4.8, б показаны силовые линии результирующего поля для момента J1 (вход в C2, C3 и C4), такие же построения выполнены на рис. 4.8, в т. г, для моментов времени t2 и t8. Итак, мы видим, что интересующее нас поле вращается (обратите внимание на положения крестиков), вращается в полном смысле этого слова! Ось поля в центре системы' располагается по оси того витка (фазы), ток в котором максимален в данный момент времени.
Рисунок, который мы только что обсудили, дает представление о том, как распределена трехфазная обмотка переменного тока в статоре трехфазного асинхронного двигателя. Ротор (,рис. 4.9), который увлекается в движение вращающимся магнитным полем, ко-роткозамкнутый, т. е. мы не видим ни начал, ни концов обмотки. Похож ротор на беличью клетку —- ряд стержней и замыкающие их кольца. Сравните с маши-вГой постоянного тока. Насколько проще! Подводим к статору переменный трехфазный ток. В машине создается вращающееся магнитное поле.- Магнитные силовые линии этого поля пересекают стержн^ ротора и индуци-
Рис. 4.9.
руют в них токи. В результате взаимодействия стержня, по которому идет ток, и магнитного поля ротор начинает вращаться со скоростью, близкой к скорости поля, но не достигает ее. Так и надо, ибо в пробивном случае не было бы пересечения стержнями ротора магнитных силовых, линий вращающегося поля статора и небыли
148
бы вращения беличьего колеса. Поэтому такие машины и называются асинхронными. Отставание ротора называется скольжением.
Асинхронные двигатели охватывают большой диапазон мощности —_от долей ватта до сотен киловатт. Существуют и более мощные асинхронные двигатели — до 6000 кВт на напряжение 6000 В.
Асинхронные микромашины применяются в устройствах автоматики в качестве исполнительных двигателей для преобразования подводимого к ним электрическое сигнала в механическое перемещение вала, а также в качестве тахогенераторов, преобразующих вращение в электрический сигнал.
Электродвигателями могут быть и рассмотренные ранее синхронные машины, и машины постоянного тока. Это следует из очевидного принципа обратимости электрической машины, который заключается в том, что любая электрическая машина может работать и генератором, и двигателем.
Например, в состав Киевского гидроузла на Днепре входит гидроаккумулирующай станция, оборудованная обратимыми агрегатами, которые могут работать и как насосы, и как турбины. При избытке электроэнергии в энергосистеме насосы-турбины поднимают воду в аккумулирующий бассейн. В этом случае входящая в агрегат синхронная машина работает двигателем. При максимальном потреблении электроэнергии агрегат «срабатывает» накопленную воду.
На металлургических заводах, шахтах, холодильниках синхронные двигатели приводят в движение насосы, компрессоры, вентиляторы и другие механизмы, работающие с неизменной.скоростью. В автоматических устройствах широко применяются Синхронные микродвигатели мощностью от долей ватта до нескольких сотен ватт. Так как частота вращения этих двигателей жестко связана с частотой питающей сети, то они используются там, где требуется поддерживать постоянную скорость вращения,— в. электрических часовых механизмах, лентопротяжных механизмах самопишущих приборов и киноустановок, в радиоаппаратуре, программных устройствах, а также в системах синхронной связи, где Скорость вращения механизмов управляется изменением частоти питающего напряжения.
149
По своему принципиальному устройству двигатель постоянного тока ничем не отличается от генератора постоянного тока. Машина имеет неподвижную систему полюсов, обмотка возбуждения которых тем или иным способом соединена с обмоткой якоря (последовательно или параллельно). Машина может возбуждаться и от независимого источника питания. Якорь имеет распределенную в пазах обмотку, которая подключается к источнику постоянного тока. Двигатель, так же как и генератор, имеет коллектор,, назначение которого состоит в том, что он «выпрямляет» вращающий 'момент, т. е. заставляет машину длительно вращаться в одну сторону.
