Синхронные и асинхронные электродвигатели

Синхронные и асинхронные электродвигатели составляют основу классификации всех электродвигателей. Как ни хороши были электродвигатели постоянного тока, но они имеют очень ненадежный узел коллектора со щетками: он искрит и часто выходил из строя. Поэтому ученые начали искать способ "бесколлекторной" работы электродвигателей. В этом им помог знаменитый опыт Фарадея, который позволил получить переменный ток: когда магнит начинали вдвигать в катушку, ток возникал, а потом, при прекращении движения магнита, ток прекращался. Если двигать магнит туда-сюда непрерывно или вращать его, получаем самый настоящий переменный ток, причем без каких-либо коллекторов, прямо от катушки. Для этого взяли три катушки с сердечниками, расположили их по кругу под углом 1200, а внутри круга стали вращать магнит – постоянный или электрический. Магнит можно было вращать очень быстро, что позволяло получать достаточно большие токи. Так был изобретен генератор переменного трехфазного тока – каждая катушка давала свою фазу. Ток в этих фазах возрастал и падал попеременно со сдвигом 1200.

Синхронные и асинхронные электродвигатели составляют основу классификации всех электродвигателей. a - статор, b - ротор асинхронного электродвигателя

Электродвигатель, который можно питать таким трехфазным током принципиально ничем не отличается от генератора. Такие же катушки, такой же магнит – ротор. Если соединить генератор с электродвигателем, то когда полюс магнита генератора проходит мимо какой-либо катушки, в ней возникает наибольший ток, который намагничивает соответствующую катушку электродвигателя. Именно к этой катушке стремится тот же полюс магнита электродвигателя, в точности повторяя вращение магнита генератора. Так работает синхронный электродвигатель, в котором ротор-магнит движется синхронно ротору-магниту генератора. Но часто вращение ротора-магнита синхронного электродвигателя встречает большие сопротивления, и он может остановиться, сбиться с ритма.

Чтобы этого не случалось, ученые придумали несинхронный, или, как его сейчас называют, асинхронный электродвигатель, где ротор может отставать от вращающегося магнитного поля. Представьте себе, что вместо постоянного магнита ротор состоит из катушки, такой, как у электродвигателя постоянного тока, только с накоротко замкнутым коллектором. Собственно говоря, коллектор тут просто не нужен, а витки катушки можно выполнять в виде стержней, соединенных кольцами по концам. Конструкция такого ротора получила самое большое распространение и была названа короткозамкнутой, так как действительно каждый стержень-виток ее замкнут накоротко.

Работает асинхронный электродвигатель следующим образом. Вращающееся магнитное поле неподвижных катушек-статора начинает индуцировать электричество в обмотках или стержнях неподвижного ротора, превращая их в электромагниты, которые увлекаются магнитным полем статора и начинают вращаться.

Вот тут-то и стало ясно, что такое синхронные и асинхронные электродвигатели. Если в первом магнит-ротор точно повторяет вращение магнитного поля, то во втором такое повторение в принципе невозможно. Если ротор с обмотками станет вращаться с той же скоростью, что и магнитное поле, то наступит момент, когда в обмотках уже не будет индуктироваться ток, так как не будет относительного движения магнитного поля и обмоток. Полностью размагнитившись, ротор начинает отставать от вращающегося магнитного поля. Но при отставании снова начинается относительное вращение ротора и поля и снова ротор становится магнитом и снова начинает догонять магнитное поле.

Ротор асинхронного электродвигателя всегда отстает от вращающегося магнитного поля. Это отставание невелико и для короткозамкнутых электродвигателей не превышает нескольких процентов.

Инструменты