Особливістю багатофазних систем є можливість створити в механічно нерухомому пристрої обертове магнітне поле.
Котушка, підключена до джерела змінного струму, утворює пульсуюче магнітне поле, тобто магнітне поле, яке змінюється за величиною і напрямком.
Візьмемо циліндр з внутрішнім діаметром D. На поверхні циліндра розмістимо три котушки, просторово зміщені відносно один одного на 120 o. Котушки підключимо до джерела трифазного напруги (рис. 12.1). На рис. 12.2 показаний графік зміни миттєвих струмів, що утворюють трифазну систему.
Кожна з котушок створює пульсуюче магнітне поле. Магнітні поля котушок, взаємодіючи один з одним, утворюють результуючий обертове магнітне поле, що характеризується вектором результуючої магнітної індукції
На рис. 12.3 зображені вектори магнітної індукції кожної фази і результуючий вектор побудовані для трьох моментів часу t1, t2, t3. Позитивні напрямки осей котушок позначені +1, +2, +3.
У момент t = t1 струм і магнітна індукція в котушці А-Х позитивні і максимальні, в котушках По-Y і C-Z - однакові і негативні. Вектор результуючої магнітної індукції дорівнює геометричній сумі векторів магнітних індукції котушок і збігається з віссю котушки А-Х. У момент t = t2 струми в котушках А-Х і С-Z однакові за величиною і протилежні за напрямком. Струм в фазі В дорівнює нулю. Результуючий вектор магнітної індукції повернувся за годинниковою стрілкою на 30 o. У момент t = t3 струми в котушках А-Х і У-Y однакові за величиною і позитивні, ток в фазі C-Z максимальний і негативний, вектор результуючого магнітного поля розміщується в негативному напрямку осі котушки С-Z. За період змінного струму вектор результуючого магнітного поля повернеться на 360 o.
Частота обертання магнітного поля або синхронна частота обертання
де P- число пар полюсів.
Котушки, зображені на рис. 12.1, створюють двухполюсное магнітне поле, з числом полюсів 2Р = 2. Частота обертання поля дорівнює 3000 об / хв.
Щоб отримати чотириполюсні магнітне поле, необхідно всередині циліндра помістити шість котушок, по дві на кожну фазу. Тоді, відповідно до формули (12.1), магнітне поле буде обертатися в два рази повільніше, з n1 = 1500 об / хв.
Щоб отримати обертове магнітне поле, необхідно виконати дві умови.
1. Мати хоча б дві просторово зміщені котушки.
2. Підключити до котушок незбіжні по фазі струми.
12.2. Асинхронні двигуни.
Конструкція, принцип дії
Асинхронний двигун має нерухому частину, іменовану статором. і обертову частину, яка називається ротором. У статорі розміщена обмотка, що створює обертове магнітне поле.
Розрізняють асинхронні двигуни з короткозамкненим та фазним ротором.
У пазах ротора з короткозамкненою обмоткою розміщені алюмінієві або мідні стрижні. По торцях стрижні замкнуті алюмінієвими або мідними кільцями. Статор і ротор набирають з листів електротехнічної сталі, щоб зменшити втрати на вихрові струми.
Фазний ротор має трифазну обмотку (для трифазного двигуна). Кінці фаз з'єднані в загальний вузол, а початку виведені до трьох контактних кілець, розміщених на валу. На кільця накладають нерухомі контактні щітки. До щіток підключають пусковий реостат. Після пуску двигуна опір пускового реостата плавно зменшують до нуля.
Принцип дії асинхронного двигуна розглянемо на моделі, представленої на малюнку 12.4.
Обертове магнітне поле статора представимо у вигляді постійного магніту, що обертається з синхронною частотою обертання n1.
У провідниках замкнутої обмотки ротора индуктируются струми. Полюси магніту переміщаються за годинниковою стрілкою.
Спостерігачеві, що розмістився на обертовому магніті, здається, що магніт нерухомий, а провідники роторної обмотки переміщуються проти годинникової стрілки.
Напрямки роторних струмів, визначені за правилом правої руки, вказані на рис. 12.4.
Користуючись правилом лівої руки, знайдемо напрямок електромагнітних сил, що діють на ротор і змушують його обертатися. Ротор двигуна буде обертатися з частотою обертання n2 в напрямку обертання поля статора.
Ротор обертається асинхронно тобто частота обертання його n2 менше частоти обертання поля статора n1.
Відносна різниця швидкостей поля статора і ротора називається ковзанням.
Ковзання не може бути рівним нулю, так як при однакових швидкостях поля і ротора припинилося б наведення струмів в роторі і, отже, був відсутній б електромагнітний момент, що обертає.
Момент, що обертає електромагнітний момент врівноважується протидіє гальмівним моментом Мем = М2.
Зі збільшенням навантаження на валу двигуна гальмівний момент стає більше крутного, і ковзання збільшується. Внаслідок цього, зростають индуктироваться в роторної обмотці ЕРС і струми. Момент, що обертає збільшується і стає рівним гальмівним моментом. Момент, що обертає може зростати зі збільшенням ковзання до певного максимального значення, після чого при подальшому збільшенні гальмівного моменту, що обертає момент різко зменшується, і двигун зупиняється.
Ковзання загальмованого двигуна дорівнює одиниці. Кажуть, що двигун працює в режимі короткого замикання.
Частота обертання ненагруженного асинхронного двигуна n2 приблизно дорівнює синхронної частоті n1. Ковзання ненагруженного двигуна S &asimp; 0. Кажуть, що двигун працює в режимі холостого ходу.
Ковзання асинхронної машини, що працює в режимі двигуна, змінюється від нуля до одиниці.
Асинхронна машина може працювати в режимі генератора. Для цього її ротор необхідно обертати стороннім двигуном в напрямку обертання магнітного поля статора з частотою n2> n1. Ковзання асинхронного генератора.
Асинхронна машина може працювати в режимі електромашинного гальма. Для цього необхідно її ротор обертати в напрямку, протилежному напрямку обертання магнітного поля статора.
В цьому режимі S> 1. Як правило, асинхронні машини використовуються в режимі двигуна. Асинхронний двигун є найбільш поширеним в промисловості типом двигуна. Частота обертання поля в асинхронному двигуні жорстко пов'язана з частотою мережі f1 і числом пар полюсів статора. При частоті f1 = 50 Гц існує наступний ряд частот обертання.