Лекція 7 електричні машини перемінного струму

7.1. Загальні відомості й поняття

Електричні машини перемінного струму поділяються на дві основні групи: синхронні машини й асинхронні машини.

Синхронними машинами називають електричні машини перемінного струму, для яких відношення частоти обертання ротора до частоти напруги живлення – величина постійна. Це відношення виражається формулою:

(7.1)

де f — частота електричної напруги; р — число пар полюсів машини; п — частота обертання ротора синхронної машини.

У синхронних машин частота обертання ротора не змінюється в процесі роботи.

Асинхронними машинами називають електричні машини перемінного струму, частота обертання ротора яких відстає від частоти обертання магнітного поля, яке утворюється струмом статора. Це відставання характеризується ковзанням, а частота обертання ротора машини визначається за виразом:

(7.2)

де n₂ — асинхронна частота обертання ротора машини; n₁ = 60·f/р — синхронна частота обертання магнітного поля ; s = (n₁-n₂) / n₁ – ковзання ротора машини.

Отже, асинхронні машини – це машини перемінного струму, частота обертання ротора яких змінюється у процесі роботи.

Синхронні й асинхронні машини подібно машинам постійного струму оборотні, тобто можуть працювати як у режимі генератора, так і в режимі електродвигуна. Однак найчастіше синхронні машини використовуються як трифазні генератори, а асинхронні – як трифазні електродвигуни.

Принцип дії синхронних генераторів і асинхронних електродвигунів, так само як і генераторів і електродвигунів постійного струму, заснований на явищі електромагнітної індукції і на взаємодії магнітних полів струмів. Дійсно, якщо через обмотку ротора пропускати постійний струм (рис. 7.1, а) і рівномірно обертати ротор, то в трифазній обмотці наводиться ЕРС трифазної системи. При включенні на затиски обмотки якого-небудь споживача в ланцюзі потече трифазний струм. При цьому відбувається перетворення механічної енергії, яка підводиться до генератора через вал, в електричну. Одночасно в машині унаслідок взаємодії полів струмів створюються електромагнітні сили, і отже, електромагнітний момент гальмування.

На рис. 7.1, 6 зображена схема роботи трифазного асинхронного електродвигуна. При проходженні трифазного струму по обмотці статора створюється обертальне магнітне поле, частота обертання якого дорівнює n₁ = 60f₁/р. Це поле наводить в обмотці ротора ЕРС, під впливом якої у провідниках даної обмотки протікають струми. У результаті взаємодії струмів ротора з обертальним полем статора виникають електромагнітні сили G, напрямки яких можуть бути визначені за правилом лівої руки. Електромагнітні сили, прикладені до провідників обмотки ротора, створюють момент, під дією якого ротор обертається з частотою n₂ по напрямку обертання поля.

Рис. 7.1. Схема роботи:

а — синхронного генератора; б — асинхронного електродвигуна

(1H, 2Н, ЗН і 1К, 2К, 3К – початки й кінці 1, 2 і 3-й обмоток відповідно)

Частота обертання ротора електродвигуна знаходиться в межах 0≤n₂≤n₁(1≥S≥0), тому що при n₂ = n₁ провідники ротора будуть нерухомі щодо обертального поля й у них не буде наводитися ЕРС, а отже, не буде струму в обмотці ротора. Частоту обертання поля n₁ називають синхронною, а частоту обертання ротора n₂ — асинхронною.

Відзначимо, що промисловістю випускаються також однофазні синхронні генератори, однофазні, двофазні й колекторні асинхронні двигуни. Але ці машини звичайно застосовують в уніфікованих пристроях, системах автоматики тощо.