Асинхонные двигатели
Авторы: Chris Woodford
Источник: Induction motors
Аннотация
Chris Woodford Induction motors
Знаете ли Вы, как электродвигатели работают? Ответ, вероятно, да, и нет! Несмотря на то, что многие из нас узнали, как работает двигатель, от простых научных книг и веб-сайтов, таких как этот, почти все двигатели мы используем каждый день, во всем, от пылесосов до пищевых блендеров – но на самом деле таким образом работает не все. То, чему книги учат нас, простые двигатели постоянного тока (DC), которые имеют петлю проволоки продетую между полюсами постоянного магнита; в реальной жизни, большинство мощных двигателей используют переменный ток (AC) и работают в совершенно по-другому: их мы называем асинхронными двигателями, и они работают на очень изобретательном использовании магнитного поля, которое вращается. Давайте рассмотрим поближе!
Как работает обычный двигатель постоянного тока?
Простые моторы, которые вы могли видеть, объяснены в научных книгах и основаны на кусочке проволоки, которая согнута в прямоугольную петлю, которая подвешена между полюсами магнита. (Физики назвали это проводник с током, который находиться в магнитном поле.) Если подключить провод к батарее постоянного тока, постоянный ток течет через него, производя временное магнитное поле вокруг проводника. Это временное поле отталкивает исходное поле от постоянного магнита, в результате чего провод вращается.
Рисунок 1 – Принцип действия двигателя постоянного тока
Обычно провод остановится в этой точке, а затем перевернеться обратно, но если мы используем изобретательность, вращающиеся соединение, называемое коммутатором, мы можем сделать так чтобы ток был обратным каждый раз, когда провод переворачивается, и это означает, что провод будет продолжать вращаться в в том же направлении, пока ток продолжает течь. Вот суть простого электродвигателя постоянного тока, которая была задумана в 1820 году Майклом Фарадеем и превратился в практическое изобретение примерно десятилетие спустя Уильямом Стурженом (Вы найдете более подробную информацию в нашей вступительной статье по электродвигателям.)
Прежде чем мы перейдем к двигателям переменного тока, давайте быстро обобщим то, как работает двигатель постоянного тока. В двигателе постоянного тока, магнит (и его магнитное поле) фиксируется на месте и образует снаружи статическую часть двигателя (статор), в то время как катушка провода, несущий электрический ток вращает часть электродвигателя (ротор). Магнитное поле исходит от статора, который является постоянным магнитом, в то время как вы подаете электроэнергию на катушку, которая педставляет собой ротор. Взаимодействием между постоянным магнитным полем статора и временным магнитным полем, создаваемое ротором, является то, что создает вращение двигателя.
Как работает обычный двигатель переменного тока?
В отличие от игрушек и фонариков, большинство домов, офисов, заводов и других зданий не питается от маленьких батарей: они не работают на постоянном токе, но работают с переменным током (AC), который меняет свое направление около 50 раз в секунду (с частотой 50 Гц). Если вы хотите запустить двигатель от бытового электроснабжения переменного тока, а не от батареи постоянного тока, вам нужен другой дизайн двигателя. В двигателе переменного тока, есть кольцо электромагнитов, расположенных вокруг внешней стороны (то, что составляет статор), которые предназначены для создания вращающегося магнитного поля. Внутри статора есть массивная металлическая ось, петля провода, катушка, с короткозамкнутым ротором из металлических стержней и соединений (например, вращающиеся клеток которые люди иногда используют, чтобы развлечь домашних животных, таких как мышей), или некоторые другие свободно вращающиеся металлические части, которые могут проводит электричество. В отличие от двигателя постоянного тока, в котором вы подаете питание на внутренний ротор, в двигатель переменного тока вы отправляете питание на внешние катушки, образующие статор. Катушки под напряжением в парах, в последовательности, производят магнитное поле, которое вращается вокруг внешней стороны двигателя.
Как это поле создает вращение двигателя? Следует помнить, что ротор, подвешенный в магнитном поле, является электрическим проводником. Магнитное поле постоянно меняется (так как он вращается), в соответствии с законами электромагнетизма (закон Фарадея, если быть точным), магнитное поле производит (или возбуждает, чтобы использовать собственный термин Фарадея) электрический ток внутри ротора. Если проводник представляет собой кольцо или провод, ток течет вокруг него в цикле. Если проводник просто сплошной кусок металла, вихревые токи вместо этого циркулируют вокруг него. В любом случае, индуцированный ток создает свое собственное магнитное поле и, в соответствии с другим законом электромагнетизма (закон Ленца), пытается остановить все, что заставляет его вращаться в магнитном поле, также путем вращения. (Можно представить себе вращение ротора который отчаянно пытается "догнать" вращение магнитного поля в попытке устранить разницу в движении между ними.) Электромагнитная индукция является ключом, почему двигатель вращаеться – и именно поэтому он называется асинхронный двигатель.
Рисунок 2 – Принцип действия двигателя переменного тока (асинхронный двигатель)