Dolimp.Ru

Слово «двигатель» всегда порождает представление чего-то подвижного, и даже чаще —  вращающегося. Понятное дело – потому и двигатель. Суть любого двигателя — в том, чтобы преобразовать какой-либо вид энергии в движение. А вы знаете, какой двигатель был самым первым? Полагают, что это был парус. Не будет ошибкой сказать, что самый распространенный двигатель – электрический. Среди всего многообразия электрических машин этого класса наибольшее применение получил асинхронный двигатель, принцип работы которого основан на использовании двух фундаментальных проявлений электрической энергии – электромагнетизма и электрической индукции.

Чтобы понять принцип работы асинхронного электродвигателя, вспомним простейшие опыты из школьного курса физики:

• если по проводнику пропускать ток, вокруг него возникает пропорциональное току магнитное поле;
• если взять два проводника с током, то между ними возникает силовое поле – они отталкиваются или притягиваются, точно так же, как это делают любые кусочки магнитов;
• если один проводник с током движется по отношению к другому, который не подключен к источнику, но его цепь замкнута, то в ней возникает ток.

Физическая, или, точнее сказать, умозрительная, модель процесса включает в себя понятие магнитных силовых линий, которыми мы обозначаем наличие магнитных свойств. Вот они-то и простирают свои «щупальца» во все стороны, и если на пути попадается ферромагнитный материал, т.е. такой, в котором магнитные линии концентрируются, то на него и действует движущая сила. А если этот материал и сам есть магнит, то силовое взаимодействие магнитных полей проявляется еще сильнее. Увеличить магнитное поле проводника можно намоткой большого числа витков на стержень из ферромагнетика — в простейшем случае это обычный металлический цилиндр из черного металла. Совсем нетрудно сделать стержень подковообразным, а на него надеть обмотку. Концы «подковы» стали полюсами магнита, который, при включении тока через катушку, создаст мощное, максимальное по центру полюсов, магнитное поле. Обычно мы визуализируем его на рисунках линиями.

Если в зазор между полюсами поместить металлический стержень, а затем начать вращать нашу магнитную «подкову», то заметим, что стержень также будет вращаться. Почему наше устройство называется асинхронный двигатель? Принцип работы этой электрической машины, как было сказано, опирается на явление электромагнитной индукции, т.е. пересечение магнитными линиями индуктора тела нашего стержня. А «пересечение» возможно только тогда, когда скорость вращения магнитного поля индуктора – «подковы» — больше скорости вращения стержня. Этот параметр двигателя —  асинхронность скоростей вращения — называется «скольжение» и может достигать до 7% номинальной скорости магнитного поля статора.

Максимум магнитного поля, находящийся в зазоре «подковы», меняет свое пространственное положение при ее повороте. В соответствии с законом электромагнитной индукции, в стержне возникает электрический ток вместе со своим «спутником жизни» — магнитным полем. Магнитные поля сцепляются, взаимодействуют, и… вращают ротор. Реальный асинхронный двигатель принцип работы повторяет в точности, как здесь описано. Все, круг замкнулся – имеем два объекта без механической связи, но вращение одного из них, который получает электрическую энергию, приводит к вращению другого. Роль невидимой «веревки» выполняют магнитные поля подковообразного магнита и стержня.

Для создания двигателя осталось почти что ничего – нужно не «подкову» вращать, а заставить вращаться магнитное поле самостоятельно. Иначе говоря, асинхронный двигатель принцип работы демонстрирует тем, что в нем точка максимума магнитного поля перемещается в статоре по кругу, как будто это наш вращающийся электромагнит. Осталось дело за малым – «закрутить» магнитное поле.

Задачу вращающегося магнитного поля решают следующим образом:

• по кругу располагают три пары полюсов — катушек — под углом 120 градусов;
• на каждую катушку подают напряжение синусоидальной формы от отдельного источника. Считается, что полный временной цикл синусоиды (период) – это 360 градусов. Положительный максимум напряжения наступает через 90 градусов после нулевого значения – все, как учили в школе; 
• изюминка состоит в том, что максимумы напряжения наступают с временным сдвигом на треть периода (электрики говорят «три фазы со сдвигом 120 градусов») – это и есть принцип действия асинхронного двигателя. Максимум напряженности магнитного поля перемещается от первой пары полюсов ко второй, а затем к третьей. Далее процесс повторяется, что равнозначно перемещению, точнее, «вращению» магнитного поля.

Вот так, просто и без шума, электрическая энергия статора превращается в механическое движение ротора. Чтоб создать этот чудо-двигатель, человечеству понадобилось несколько десятилетий, а нам хватило 15 минут, чтоб уверенно сказать: асинхронный двигатель?  -нет ничего проще.