1. ГЕНЕРАТОРИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
2. Конструкція.
3. Генератор з паралельним збудженням.
4. Генератор зі змішаним збудженням.
5. Застосування.
6. ЕЛЕКТРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
7. Теорія.
8. Конструкція.
9. Механічна характеристика.
10. Двигун з паралельним збудженням.
11. Двигун з послідовним збудженням.
12. Двигун зі змішаним збудженням.
13. Пуск двигунів постійного струму.
14. Комутація.
15. Застосування.
16. Синхронні генератори змінного струму
17. Конструкція.
18. Синхронними двигунами змінного струму
19. Пуск.
20. АСИНХРОННІ МАШИНИ
21. Ротор.
22. Механічна характеристика.
23. Застосування в якості генератора.
24. Електродвигуни однофазні ДВИГУН
25. ДВИГУН змінного струму з послідовним збудженням

Електромашини ГЕНЕРАТОРИ І ЕЛЕКТРОДВИГУНИ, машини обертального типу, що перетворюють або механічну енергію в електричну (генератори), або електричну в механічну (двигуни). Дія генераторів засноване на принципі електромагнітної індукції: в проводі, що рухається в магнітному полі, наводиться електрорушійна сила (ЕРС). Дія електродвигунів засноване на тому, що на провід зі струмом, поміщений в поперечне магнітне поле, діє сила.

Всі електричні машини обертального типу діляться на машини постійного і змінного струму.

ГЕНЕРАТОРИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Теорія.

На рис. 1, а показаний виток проводу abcd, що обертається за годинниковою стрілкою навколо осі 00 ў в магнітному полі між північним (N) і південним (S) полюсами магніту. Напрямок миттєвої наведеної ЕРС показано стрілками ab і cd; величина і знак ЕРС для положень 1, 2, 3 і 4 наведені на графіку рис. 1, б. Коли площина витка перпендикулярна полю (положення 1 і 3), ЕРС дорівнює нулю; коли ж площину витка паралельна полю (положення 2 і 4), ЕРС максимальна. Крім того, напрямок ЕРС в бічних частинах витка (скажімо, ab), коли вони проходять повз північного полюса, протилежно її напрямку при проходженні повз південного полюса. Тому ЕРС змінює знак через кожну половину обороту в точках 1 і 3, так що в витку генерується змінна ЕРС і, отже, тече змінний струм. Якщо передбачити в конструкції токособірательние (контактні) кільця, то змінний струм піде в зовнішній ланцюг.

Конструкція.

Генератор постійного струму повинен давати струм, який завжди тече в одному напрямку. Для цього потрібно перемикати контакти зовнішньої ланцюга в той момент, коли ЕРС падає до нуля, перш ніж вона почне наростати в іншому напрямку. Це робиться за допомогою колектора, схематично зображеного на рис. 1, ст. У показаному простому випадку він являє собою кільце, розрізане на дві частини по діаметру. Один кінець витка приєднаний до одного з півкілець, інший - до іншого. Щітки розташовані так, що вони перекривають зазори між півкільцями, коли площина витка перпендикулярна магнітному полю (в положеннях 1 і 3) і ЕРС дорівнює нулю. Як випливає з малюнка, кожен раз, коли ЕРС змінює знак, переключаються кінці зовнішньої ланцюга, так що струм в ній тече завжди в одному напрямку (рис. 1, г). Якщо до витка, показаному на рис. 1, в, додати ще один, перпендикулярний йому, то його ЕРС буде відповідати кривої bb, зрушеною щодо первісної на 90 ° (рис. 2). Повна ЕРС буде відповідати сумі двох кривих, тобто значно більш гладкої кривої e. На практиці використовується велика кількість витків і колекторних сегментів (рис. 3), так що пульсації ЕРС непомітні.

Генератор з паралельним збудженням.

Багато генератори самі створюють магнітне поле збудження (працюють в режимі самозбудження). У генераторі з паралельним збудженням, схема якого представлена ​​на рис. 4, ланцюг збудження приєднана до затискачів якоря, причому передбачено послідовний реостат для зміни струму і, отже, напруги генератора. Обмотка збудження складається з великої кількості витків порівняно тонкого дроту, так що її опір велике і струм збудження зазвичай не перевищує 0,5-3% номінального вихідного струму генератора. Генератор розвиває свою напругу від нуля за рахунок невеликого залишкового магнетизму в залізній магнітного ланцюга. Якір перетинає це слабке поле, і в обмотці збудження з'являється слабкий струм. Його напрямок таке, що створюване їм слабке поле збудження додається до залишковим полю. В результаті починає збільшуватися наводимая ЕРС, знову збільшується струм збудження, а з ним і магнітне поле. ЕРС починає швидко наростати, і її зростання обмежується тільки реостатом в ланцюзі збудження і магнітним насиченням заліза.

Генератор зі змішаним збудженням.

При підключенні навантаження до генератора з паралельним збудженням напруга на його затискачах падає, зокрема, через те, що навантаження відбирає частину струму збудження. Таке зниження небажано з багатьох міркувань: це може призводити, наприклад, до зміни яскравості освітлювальних ламп та ін. Його можна виключити, додавши ще одну обмотку збудження, з'єднану послідовно або з навантаженням (короткий шунт), або з якорем (довгий шунт), як показано на рис. 5. Тоді струм навантаження буде проходити через послідовну обмотку збудження і збільшувати магнітне поле. Ступінь компаундирования можна регулювати за допомогою змінного резистора з малим опором, шунтирующего послідовну обмотку збудження (рис. 5). Якщо напруга в відсутність навантаження дорівнює напрузі при номінальному навантаженні, то генератор називається плоско-компаундують (крива В на рис. 6); якщо напруга під навантаженням більше, ніж в її відсутність, то він - перекомпаундірованний (крива А). Недокомпаундірованние генератори (крива D) використовуються рідко.

Застосування.

Колись генератори постійного струму були основними джерелами електроенергії в великих містах, але потім їх витіснили генератори змінного струму. В даний час їх застосовують в основному в поєднанні з електродвигунами постійного струму в промисловості і на транспорті.

ЕЛЕКТРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Генератори постійного струму задовільно працюють як двигуни і при тих же номінальних параметрах не вимагають змін в конструкції. Наприклад, генератор з паралельним збудженням, розрахований на 10 кВт і 230 В, буде цілком задовільно працювати як електродвигун потужністю 10 кВт при напрузі 230 В і тій же частоті обертання. Точно так же генератор зі змішаним збудженням задовільно працює як електродвигун з порушенням того ж типу. Однак послідовну обмотку збудження доведеться перемкнути навпаки, щоб вона допомагала паралельної. Генератори з послідовним збудженням рідко застосовуються, але двигун з послідовним збудженням дуже корисний, особливо як тяговий в міському електричному транспорті.

Теорія.

Принцип дії електродвигуна ілюструє рис. 7. На рис. 7, а провід зі струмом, спрямованим від читача (гурток з хрестиком, що зображує задній, оперений кінець стріли), перпендикулярний до магнітного поля, яке існує між магнітними полюсами N і S. Магнітний потік навколо дроти, створюваний його струмом, спрямований за годинниковою стрілкою. Він збільшує магнітне поле над проводом і зменшує його під проводом. Магнітні силові лінії, подібно пружним ниткам, які прагнуть скоротитися, діють на провід з силою F, спрямованої вниз. Коли струм в проводі спрямований так, як показано точкою на рис. 7, б (що символізує вістря стріли, що назустріч), магнітне поле посилюється під проводом і послаблюється над ним, і сила F, що діє на провід, спрямована вгору. На рис. 7, в зображений простий виток проводу (такий же, як і на рис. 1, а), розташований паралельно осі полюсів. В цьому випадку виникає крутний момент 2 F d, який прагне повернути виток за годинниковою стрілкою. Щоб таке обертання підтримувалося, напрямок струму в витку має змінитися на протилежне, коли останній перейде через вертикальне положення. Для цього необхідний колектор (такий же, як на рис. 1, в), що змінює напрямок струму після кожної половини обороту.

Конструкція.

Якір двигуна постійного струму зазвичай має велике число витків дроту і відповідних їм секцій колектора, так що при заданих струмі якоря і напруженості магнітного поля крутний момент практично постійний. На рис. 7, г представлений якір двигуна постійного струму (в розрізі), що знаходиться в магнітному полі між двома полюсами магніту. Момент, що обертає, діючий на якір, пропорційний напруженості магнітного поля і струму в обмотці якоря. Момент на вихідному валу двигуна дещо менше теоретичного значення, оскільки частина його витрачається на подолання тертя, а частина втрачається через вихрових струмів і гістерезису в залозі якоря.

У двигуні з паралельним збудженням обмотка збудження приєднується до затискачів джерела незмінний напруги, так що магнітне поле майже постійно. Тому що обертає момент пропорційний току якоря (рис. 8). На рис. 9 представлена ​​схема включення двигуна з послідовним збудженням, в яку входить пусковий пристрій. Обмотка збудження включена послідовно з обмоткою якоря, а тому, якщо знехтувати насиченням заліза, магнітне поле пропорційно току якоря. Якщо струм якоря збільшити вдвічі, то магнітне поле подвоїться, а крутний момент збільшиться в 4 рази. Таким чином, в двигуні з послідовним збудженням крутний момент пропорційний квадрату струму якоря (крива А на рис. 8). У двигуні же зі змішаним збудженням паралельна обмотка збудження створює постійне магнітне поле, а послідовна (якщо знехтувати насиченням) - пропорційне току в ній. Тому що обертає момент такого двигуна зростає зі збільшенням навантаження швидше, ніж для двигуна з паралельним збудженням, але повільніше, ніж для двигуна з послідовним (крива В на рис. 8).

Механічна характеристика.

Оскільки якір двигуна обертається в магнітному полі, в провідниках якоря, як і в генераторі, наводиться ЕРС Е. Але ця ЕРС протилежна току якоря і напрузі V у зовнішній ланцюга на вхідних затискачах. Можна показати, що частота обертання двигуна дорівнює KsE j, де Ks - постійний множник, Е - проти-ЕРС, а j - магнітний потік.

Двигун з паралельним збудженням.

Проти-ЕРС трохи зменшується зі збільшенням навантаження, що пов'язано з падінням напруги на обмотці якоря, що становить 2-7% вихідної напруги V. Оскільки обмотка збудження приєднана до затискачів джерела незмінні напруги, потік j майже постійний. Тому частота обертання трохи падає зі збільшенням навантаження, як показує крива С на рис. 10. Двигуни з паралельним збудженням застосовуються в тих випадках, коли потрібно майже постійна частота обертання, - в силових передачах з постійною частотою обертання, в металорізальних верстатах, друкованих машинах. Частоту обертання можна задавати і регулювати, змінюючи струм збудження за допомогою реостата в ланцюзі збудження.

Двигун з послідовним збудженням.

Проти-ЕРС відрізняється від напруги на вихідних затискачах на 3-8% - таке падіння напруги на послідовній обмотці збудження і на обмотці якоря. Магнітний потік пропорційний току якоря (у нехтуванні насиченням). Тому частота обертання приблизно обернено пропорційна току якоря (крива А на рис. 10). Коли цей струм наближається до нуля, частота обертання швидко наростає, тобто двигун виходить з-під контролю. Тому двигун з послідовним збудженням повинен бути жорстко пов'язаний з навантаженням (наприклад, за допомогою зубчастої передачі або іншого пристрою, що обмежує частоту обертання). Завдяки швидкому наростанню крутного моменту зі збільшенням струму такий двигун дуже підходить в якості тягового для поїздів метро і залізничних електровозів, для яких потрібні великі пускові моменти, швидке прискорення і великі обертають моменти при подоланні підйомів. Він застосовується також на підйомниках, кранах і в автомобільних стартерах.

Двигун зі змішаним збудженням.

Магнітний потік j в двигуні зі збільшенням струму зростає, а частота обертання швидко падає (крива В на рис. 10). На відміну від двигуна з послідовним збудженням у двигуна зі змішаним збудженням частота обертання наростає безмежно за відсутності навантаження. Такі двигуни застосовуються для ліфтів, оскільки послідовна обмотка збудження створює великий крутний момент, необхідний для швидкого прискорення, а паралельна забезпечує постійну частоту обертання після розгону. Вони також незамінні в приводах, що вимагають періодичного докладання великих обертаючих моментів - для потужних ножиць, штампів, пресів і прокатних станів. При зменшенні струму сам двигун і інші обертові елементи, наприклад маховики, передають навантаженні свою кінетичну енергію, що дозволяє істотно знизити пікові навантаження енергоблоків.

Пуск двигунів постійного струму.

Струм в електродвигуні обмежується протидії ЕРС. У момент пуску протидії ЕРС дорівнює нулю, і якщо обмотка якоря включена безпосередньо в мережу, струм може в 15-40 разів перевищити номінальне значення. На рис. 11 представлений четирехполюсний пускач для двигуна з паралельним збудженням. При пуску резистор, з'єднаний послідовно з обмоткою якоря, поступово виводиться поворотом ручки пускача вправо, якір розганяється, і виникає необхідна протидії ЕРС. Протидіюча пружина прагне повернути в початкове положення ручку, яка утримується в робочому положенні соленоидом, включеним в мережу. При аварійному знеструмленні мережі соленоїд залишається без харчування, і під дією пружини ручка пускача перескакує в початкове положення. Тому, коли напруга в мережі відновлюється, обмотка нерухомого якорі не виявляється включеною безпосередньо в мережу. Пускач двигуна з послідовним збудженням влаштований майже так само (рис. 9), але в ньому не передбачений сполучний затискач для паралельної обмотки збудження.

Комутація.

Найбільша проблема в роботі з машинами постійного струму - комутація. Цим, зокрема, обмежує максимальну проектна потужність генераторів постійного струму; комутація не дозволяє також сильно підвищувати робочі частоти обертання великих машин.

Щоб комутація здійснювалася без іскріння, ток і, отже, наведена ЕРС в коммутируемом витку повинні бути рівні нулю в момент комутації. Це не виконується з двох причин. Під навантаженням струм обмотки якоря створює магнітне поле, поперечне по відношенню до створюваного магнітними полюсами, а також магнітний потік в зоні комутації. Комутовані витки перетинають цей потік, і в них наводиться ЕРС. Крім того, струм у витках якоря створює магнітний потік, яким зчеплені ці витки. Коли цей струм різко змінює напрямок на протилежне за дуже малий час комутації, виникає ЕРС самоіндукції. Обидві ЕРС, хоча вони і невеликі, створюють великий струм в короткозамкненим витку з малим опором. Оскільки майже всі опір короткого замикання доводиться на контакт щітки з колектором, використовуються вугільні щітки, що володіють високим контактним опором, з графітової добавкою, яка служить мастилом, що зменшує тертя і знос поверхні колектора. Для зменшення іскріння щітки слід було б переміщати при кожній зміні навантаження в положення, яке відповідає мінімальній наведеної ЕРС. Але оскільки це практично нездійсненно, вибирають якесь середнє положення, що забезпечує задовільну комутацію тільки для однієї навантаження.

У більшості сучасних електромашин передбачаються вузькі додаткові полюси, розташовані між основними (рис. 12). Вони збуджуються обмотками, з'єднаними послідовно з якорем, і завдяки своєму досить великому повітряному зазору компенсують в зоні комутації потік, створюваний струмом якоря, а крім того, наводять в комутованих витках якоря ЕРС, що компенсує ЕРС самоіндукції. Тим самим додаткові полюса усувають необхідність в переміщенні щіток при зміні навантаження. У генераторі послідовність основних і додаткових полюсів (в напрямку обертання) така: NsSn (рис. 12, а), а в двигуні - NnSs (рис. 12, б).

Застосування.

Двигуни постійного струму мають хороші робочі характеристики, а саме: широкий діапазон регулювання частоти обертання, можливість завдання фіксованих частот обертання, швидкі розгін і гальмування, постійний крутний момент і придатність для автоматичного регулювання, завдяки чому вони знаходять все більш широке застосування.

У багатьох Безперервна технологічних процесах нужно подаваті, причому часто на Великій швідкості, лист або стрічку матеріалу (паперу, гуми, Сталі) на вхід машини або групи машин. В таких условиях необходимо Швидко і точно регулюваті натяг листа. Неправильно встановлений натяг может прізводіті до розріву листа або до зниженя якості продукції. Регулювання натягу та патенти и во время намотування стрічки; інакше натяг буде Занадто Швидко наростаті зі збільшенням діаметра рулону, что теж грозит розрівом стрічки або ее небажаним деформуванням. З ціх причин в електроприводом постійного струм застосовується Автоматичне регулювання. На віході машини встановлюється датчик, сигнал которого Надходить на блок порівняння регулятора. При наявності неузгодженості між регульованим параметром продукції і «уставкой» (його заданим значенням) сигнал помилки подається на виконавчий орган автоматичного регулятора, який і усуває неузгодженість. Автоматичні регулятори приводів постійного струму, перемикаючи струми і напруги, майже миттєво змінюють частоту обертання двигунів постійного струму. Див. Також АВТОМАТИЧНЕ УПРАВЛІННЯ І РЕГУЛЮВАННЯ.

Синхронні генератори змінного струму

Як уже згадувалося, в витку дроти, що обертається в постійному магнітному полі, наводять змінна ЕРС. При цьому не має значення, чи обертається виток в нерухомому магнітному полі або виток нерухомий, а обертається поле, - необхідно лише їх відносне обертання. У синхронних машинах частота обертання пропорційна частоті змінного струму.

Конструкція.

У синхронних генераторах обмотку якоря (тобто ту обмотку, в якій індукується ЕРС) зазвичай роблять нерухомою (і називають обмоткою статора), а обмотку збудження - обертається (і називають обмоткою індуктора), причому машини з іншим розташуванням обмоток називають зверненими. Справа в тому, що напруга на обмотці якоря нерідко буває великим (до 25 кВ); то ж відноситься до робочих струмів. Якщо якір нерухомий, то легше ізолювати висновки його обмотки, що приєднуються до зовнішніх струмоведучих шин. Обмотка збудження ж зазвичай споживає значно менше 1% генерується і харчується постійним струмом при напрузі 125 або 250 В. Передача настільки малої потужності низької напруги обмотку обертового індуктора через щітково-колекторний апарат не пов'язана з великими труднощами.

Частота струму f пов'язана з частотою обертання S і числом P полюсів статора або ротора співвідношенням f = SP / 120 Гц. Якщо P = 4, а частота обертання S = 1800 об / хв, то f = (1800 ґ 4) / 120 = 60 Гц. Така частота (60 Гц) найчастіше застосовується в електротехніці; вона досить велика, щоб не було помітно миготіння освітлювальних ламп, але в той же час досить мала для задовільної роботи більшості машин. До конструкції обмотки збудження синхронні генератори бувають двох типів: з явнополюснимі і неявнополюсними роторами. У генераторах з явнополюснимі роторами полюса, що несуть обмотки збудження, виступають з індуктора. Генератори такого типу розраховані на порівняно низькі частоти обертання; вони підходять для роботи з приводом від поршневих парових машин, дизельних двигунів, гідротурбін. Парові турбіни використовуються для приводу синхронних генераторів з неявнополюсними роторами. Ротор такого генератора являє собою сталеву поковки з вифрезерувана поздовжніми пазами для витків обмотки збудження, які зазвичай виконуються у вигляді мідних пластин. Витки закріплюються в пазах клинами, а поверхня ротора шліфується і полірується для зниження рівня шуму і втрат потужності, пов'язаних з опором повітря. Обмотки генераторів здебільшого роблять трифазними, так що на вихідних затискачах генератора виробляються три синусоїдальних напруги змінного струму, по черзі досягають свого максимального (амплітудного) значення. Майже всі потужні синхронні генератори (і двигуни) охолоджуються воднем.

Синхронними двигунами змінного струму

Трифазний синхронний генератор - оборотна машина, тобто якщо обмотку якоря підключити до шин трифазного напруги, а ротор довести до синхронної частоти обертання, то генератор буде працювати як двигун, створюючи крутний момент на валу. Синхронний двигун майже завжди (виключення - мікродвигуни) працює при многофазном живленні обмоток статора, що створюють обертове магнітне поле. Полюса ротора входять в синхронізм з полюсами статора і захоплюються ними (рис. 13). Тому при постійній частоті напруги живлення частота обертання синхронного двигуна постійна і дорівнює

S = (120 f) / P (об / хв).

Важливе значення синхронного двигуна полягає в тому, що він дозволяє регулювати коефіцієнт потужності зміною струму збудження. Таким шляхом можна встановити коефіцієнт потужності, що дорівнює 1. У разі недозбудження (струм збудження менше номінального) двигун споживає струм, який відстає по фазі від напруги живлення, і діє як індуктивне навантаження; в разі ж перезбудження він споживає струм, випереджаюче по фазі напруга, і діє як місткість навантаження. Завдяки цій особливості синхронний двигун представляє велику цінність з точки зору регулювання енергетичних систем. За рахунок реакції якоря струм, який відстає по фазі, підсилює збудження, а випереджаюче - послаблює його. Як і в разі генератора, обидві реакції протидіють зміні збудження і тим самим підвищують стійкість системи.

Пуск.

За відсутності обертання момент на валу синхронного двигуна дорівнює нулю. Щоб він заробив, потрібно довести його до частоти обертання, близької до синхронної. Це можна зробити за допомогою допоміжного двигуна. Якщо синхронний двигун служить приводним двигуном генератора постійного струму, то останній можна використовувати в якості двигуна для розгону синхронного двигуна до синхронної частоти. Пуск синхронного двигуна можна також здійснювати за допомогою асинхронного двигуна.

У момент пуску струм обмотки якоря може в 3-8 разів перевищувати нормальне робоче значення. Надмірне зниження напруги джерела живлення запобігають, знижуючи в цей період підводиться напруга за допомогою послідовно включається струмообмежувального реактора.

АСИНХРОННІ МАШИНИ

Багатофазні асинхронні двигуни.

Принцип дії багатофазних асинхронних двигунів полягає в тому, що при певному зсуві по фазі між багатофазними струмами в багатофазних обмотках вони створюють обертове магнітне поле. Такі багатофазні обмотки зазвичай розташовують в пазах на внутрішній поверхні статора, набраного з тонких кільцевих пластин, стягнутих по осі.

У разі трифазного змінного струму синхронна частота обертання N обертового поля дорівнює

N = (120 f) / P (об / хв),

де f - частота змінного струму, а Р - число полюсів.

Ротор.

Ротор багатофазного асинхронного двигуна виконується у вигляді шіхтованного циліндричного якоря, набраного з тонких кільцевих пластин з осьовими пазами. Існують обмотки ротора двох видів: короткозамкнутая (типу «білячої клітини») і фазна. Короткозамкнена обмотка виконується або з мідних стрижнів, закладених в пази і припаяних на кінцях до масивних торцевих кілець, що замикає їх накоротко, або з алюмінієвих провідників в пазах і кінцевих кілець, відлитих зацело безпосередньо в осерді, вміщеному в форму. Фазная обмотка складається з окремих обмоток для всіх фаз, вкладених в пази ротора, з висновками на токособірательние кільця. Щітки дозволяють вводити в ланцюг ротора опір для збільшення пускового моменту, а іноді і для регулювання частоти обертання. Зазвичай статор - первинний елемент, до якого підводиться харчування, а ротор - вторинний, в якому наводяться струми.

Обертове магнітне поле, створюване багатофазними струмами статора, наводить струми в провідниках ротора. Напрямок наведених струмів таке, що вони, взаємодіючи з индуцирующим їх полем, створюють обертаючий момент, що діє в напрямку магнітного поля. Таким чином, ротор обертається услід за полем. Але він не може обертатися з тією ж частотою, так як тоді наведені струми були б нульовими, а значить, був би відсутній крутний момент. Тому неминуче і необхідно «ковзання» ротора. Ковзання s визначається рівністю

s = (N - N 2) / N,

де N 2 - частота обертання ротора. Наприклад, якщо синхронна частота обертання N чотириполюсним 60-Гц асинхронного двигуна дорівнює 1800 об / хв, а частота обертання ротора - 1 728 об / хв, ковзання одно s = (1800 - 1 728) / 1800 = 0,04, тобто 4%. Частота струмів ротора дорівнює sf, де f - частота струмів в статорі. Наприклад, в згаданому двигуні частота струмів в роторі дорівнює 0,04 ґ 60 = 2,4 Гц.

Механічна характеристика.

Коли вал ротора навантажується, виникає потреба в збільшенні струму в провідниках ротора. Для цього повинна збільшитися швидкість перетину магнітного потоку статора, а, отже, зі збільшенням навантаження повинне збільшуватися ковзання ротора. Оскільки частота ротора зростає зі збільшенням його ковзання, струми, що наводяться в провідниках ротора, все більше і більше зсуваються по фазі щодо магнітного потоку, так що, пройшовши через максимум, що обертає момент зменшується.

Це показано на рис. 14. Максимальний крутний момент змінюється пропорційно квадрату напруги і обернено пропорційно величині реактивного опору ротора при нульовій частоті обертання, а отже, обернено пропорційно величинам індуктивності ротора і частоти статора; він не залежить від активного опору ротора. Крива 1 відноситься до двигуна з короткозамкненим ротором. Пусковий момент (при ковзанні 100%), як правило, дорівнює повному моменту навантаження або більше його. Двигун з короткозамкненим ротором простий, механічно надійний, володіє високим ККД і широко застосовується в приводах з постійною частотою обертання в тих випадках, коли не потрібні великі пускові моменти. Крива 2 показує, як впливає на характеристику збільшення опору ротора. Максимальний крутний момент не змінюється, але максимум зміщується в бік збільшення ковзання і, отже, зменшення частоти обертання. Зробивши опір ланцюга ротора рівним її реактивному опору під час відсутності обертання, можна отримати максимальний крутний момент при пуску (крива 3). Щоб можна було вводити опір в ланцюг ротора, потрібен ротор з фазною обмоткою, кінці якої були б виведені на токособірательние кільця колектора. Тоді за допомогою зовнішнього реостата, що виконує роль пускача або контролера, можна ввести в ланцюг ротора опір і отримати максимальний крутний момент при пуску. Після розгону ротора це опір можна відключити, і тоді двигун може працювати на характеристиці 1 або 2. Опір фазного ротора не може бути зроблено настільки ж малим, як звичайний опір короткозамкнутого, так що за інших рівних умов ковзання такого ротора більше.

Двигун з послідовним збудженням, в якому збудження максимально при пуску і зменшується після його розгону до нормальної частоти обертання, забезпечує великий крутний момент.

Двигуни з фазними роторами використовуються в тих випадках, коли потрібні великі пускові моменти, наприклад, в електровозах і підйомниках, а також тоді, коли бажано регулювання частоти обертання.

Застосування в якості генератора.

Якщо асинхронний двигун приводиться в обертання з частотою, що перевищує синхронну, то ковзання стає негативним, напрямок струмів, що наводяться в роторі, змінюється на протилежне в порівнянні з напрямком в двигуні, і машина працює як генератор. Порушення забезпечується виключно лінією змінного струму, причому струм збудження відстає по фазі від струму в режимі двигуна і випереджає струм в режимі генератора. Вихідна напруга генератора приблизно пропорційно ковзанню ротора. Частота напруги не залежить від частоти обертання ротора і повністю визначається частотою в лінії, що забезпечує збудження, так що генератор виправдовує свою назву асинхронного. Генератор не може працювати в режимі самозбудження і тому при експлуатації потребує паралельному синхронному генераторі для харчування ланцюга збудження.

Як енергоблоку асинхронний генератор має багато недоліків і рідко застосовується. Він може давати тільки випереджаюче струм, а, отже, синхронний генератор, що працює паралельно з ним, повинен не лише давати запізнілі (реактивні) кіловольт-ампер, необхідні для системи, але ще і забезпечувати збудження асинхронного генератора. Повітряний зазор асинхронного генератора малий, і при його проектуванні доводиться приділяти багато уваги зниження втрат в зубцях статора і ротора. Однак у асинхронних двигунів, які використовуються в приводах залізничних локомотивів, є дуже важлива перевага, що при русі під ухил вони перетворюються в генератори і повертають електроенергію в лінію за рахунок т.зв. рекуперативного гальмування. У ліфтах і шахтних підйомниках завдяки переходу двигунів в режим генератора забезпечується динамічне гальмування, а тим самим плавне уповільнення обладнання та економія на знос механічних гальм.

Електродвигуни однофазні ДВИГУН

Якщо один провід трифазного харчування працюючого асинхронного двигуна відключити, так що харчування виявиться однофазним, то він буде продовжувати працювати, хоча його номінальна потужність зменшиться приблизно до 60% номінальної потужності в трифазному режимі. Якщо ж однофазне живлення підвести до непрацюючого двигуна, то він сам собою не запрацює. Привівши його ротор в обертання в будь-якому напрямку, можна отримати крутний момент, який діє у цьому ж напрямку, і, якщо крутний момент навантаження малий, ротор буде набирати обертів. Робочі характеристики двигуна можна пояснити на основі теорії двох обертових полів, запропонованої Г. Ферраріс. Будь-яке однофазное синусоидально пульсуюче магнітне поле можна представити у вигляді суми двох рівних полів, що обертаються в протилежних напрямках. На рис. 15 через Т 1 і Т 2 позначені графіки крутний момент - ковзання для двох таких полів (пор. З рис. 14); один з моментів позитивний, інший - негативний. Коли ковзання дорівнює нулю (синхронна частота обертання) для одного поля, воно становить 2,0 для іншого. Отже, при частоті, синхронної для одного з полів, інше поле наводить в роторі струми з подвоєною частотою. Однак реактивний опір ротора для струмів з подвоєною частотою вдвічі більше, ніж за відсутності обертання, так що струми з подвоєною частотою малі. Крива Т на рис. 15 дає результуючий момент, рівний нулю за відсутності обертання. Але якщо двигун прискорити в напрямку будь-якого з моментів, то цей момент швидко стане домінуючим і двигун зможе розігнатися до робочої частоти обертання.

ДВИГУН змінного струму з послідовним збудженням

Напрямок крутного моменту, створюваного двигуном постійного струму з послідовним збудженням, однаково при будь полярності проводів харчування. Тому двигун з послідовним збудженням може працювати на змінному струмі. Але для того щоб двигун постійного струму добре працював на змінному струмі, в його конструкцію потрібно внести ряд змін. Магнітна ланцюг обмотки збудження повинна бути шіхтованной, щоб були зведені до мінімуму вихрові струми. Для того щоб реактивне падіння напруги на послідовній обмотці збудження було прийнятно низьким, число витків повинно бути велике. Щоб був досить великий магнітний потік збудження, повітряний зазор повинен бути зменшений. Але тоді буде велика реакція якоря, що викличе спотворення магнітного потоку і збільшить труднощі з комутацією і зі зниженим коефіцієнтом потужності. Тому потрібно обмотка для компенсації ампер-витків перехресного намагнічування. Ця обмотка укладається в пази полюсних наконечників і з'єднується послідовно з обмоткою якоря. Крім того, необхідні додаткові полюси, обмотки яких з'єднуються послідовно з якорем і шунтуються резистором, щоб магнітний потік, створюваний додатковими полюсами, був в правильній фазі, необхідної для компенсації трансформаторної ЕРС в замкнутих накоротко комутованих витках. Щоб реактивне падіння напруги на послідовних обмотках збудження, а також всі інші реактивні падіння напруги не перевищували допустимого рівня, частота повинна бути якомога нижче. Для великих залізничних двигунів змінного струму з послідовним збудженням звичайна, наприклад, частота 25 Гц.

Двигуни змінного струму з послідовним збудженням часто застосовуються на важких електровозах. У США електроживлення 11 кВ, 25 Гц підводиться до електровозу через верхній струмоприймач і знижується автотрансформаторами до 250 В. В деяких районах, де застосовується система третього рейки з напругою 600 В постійного струму, електровози працюють з двома двигунами, включеними послідовно.

Без великих труднощів можна використовувати на харчуванні змінного струму двигуни (з послідовним збудженням) малої потужності, якщо магнітні ланцюги їх обмотки збудження виконані з шіхтованного заліза. Такі двигуни можуть працювати і на постійному струмі. Вони широко застосовуються в пилососах, кухонних міксерах, електродвигунах, кінопроекторах, медичної апаратури та інших пристроях, де потрібні великий крутний момент і регульована частота обертання.