Электричество шаг за шагом
- Автор: Сворень Рудольф Анатольевич
- Год: 2019
- Язык: русский
- Год: "ДМК Пресс"
- ISBN: 978-5-97060-604-9
- Жанр: Детское образовательние
Электронная книга - «Электричество шаг за шагом». Краткое содержание книги:
Используя 400 специально разработанных иллюстраций, автор рассказывает об истории изучения электричества, о сложившихся основных системах постоянного и переменного тока и о той важной роли, которая досталась электричеству в энергетике нашего мира.
Рудольф Анатольевич Сворень — автор многих популярных книг о физике и электронике, известный научный журналист, радиоинженер и кандидат педагогических наук, много лет проработавший в редакции журнала “Наука и жизнь” заместителем главного редактора.
Как работает синхронный двигатель, проще всего понять на двухполюсном его варианте, который, как обратимая машина, в принципе не отличается от такого же синхронного генератора. У маломощного синхронного двигателя ротор — обычный постоянный магнит. Если раскрутить ротор, так чтобы он вращался с частотой питающего переменного тока, то он всегда будет втягиваться в магнитное поле обмоток статора — сменится направление тока в обмотке, а к ней уже подходит другой полюс постоянного магнита. Главное неудобство именно в этом «если раскрутить»: синхронный двигатель, в отличие от асинхронного, сам с места не трогается, его ротор действительно нужно предварительно раскрутить до определённых оборотов, его, как принято говорить, нужно ввести в синхронизм. Зато после этого синхронный двигатель с довольно высокой точностью держит обороты даже при изменении механической нагрузки на валу (у асинхронного двигателя при увеличении нагрузки обороты могут снижаться на 10–15 %)
Р-94. ТРЁХФАЗНЫЙ ТОК ДВИГАЕТ ПО КРУГУ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ СТАТОРА, ОНО ВРАЩАЕТ РОТОР И С НИМ РАБОЧУЮ ОСЬ ДВИГАТЕЛЯ. Основа этого двигателя — вращающееся магнитное поле. Его легко создать, имея трёхфазный генератор переменного ток и разместив в статоре двигателя три катушки на равном расстоянии одна от другой (1), — любая катушка отдалена от соседней на угол 120 градусов. Теперь подадим на эти катушки двигателя трехфазное напряжение с генератора — на катушку обозначенную φ1 подадим первую фазу, на φ2 — вторую и на φ3 третью. В этих катушках будет поочередно появляться ток, созданный генератором и 50 раз в секунду (в нашем опыте соблюдаются государственные стандарты) он будет создавать очередной виток вращающегося магнитного поля. Расположив в центре свободно вращающийся постоянный магнит, мы увидим, что он, судя по всему, вращается вместе с этим полем. То же самое произойдет, если заменить магнит электромагнитом — короткозамкнутой катушкой, ток в которой наводят электромагниты статора (2). Нам остаётся добавить, что ротор (электромагнит) не может вращаться точно с той же скоростью, что и магнитное поле так как при этом охватывающее ротор поле не будет меняться и в его обмотке ток не наведется. Поэтому скорость вращения ротора (электромагнита) автоматически устанавливается меньшей, чем скорость вращающегося магнитного поля, а сконструированный нами двигатель называют асинхронным. Приставка а- в данном случае является отрицанием (как, например, в слове «аполитичный» — оторвавшийся от политической жизни), и название «асинхронный» означает «не синхронный».
Синхронный двигатель держит обороты до последнего, если ему слишком трудно, то он просто останавливается. А запускают его на холостом ходу, без нагрузки, с помощью другого небольшого двигателя. Или используют синхронный двигатель с асинхронным пуском — в нём есть дополнительные обмотки, которые на время пуска превращают двигатель в асинхронный, а затем отключаются, когда ротор входит в синхронизм.
Выше уже говорилось о сложности, совершенстве и непростом характере электрических машин (Т-8), в полной мере это относится к двигателям. Такой, например, интересный факт: асинхронный двигатель в принципе не может войти в синхронизм. Если его ротор будет вращаться с той же скоростью, что и магнитное поле статора, то это поле не будет пересекать роторные витки, в них не наведётся ток, не возникнет магнитное поле ротора и он не будет вращаться. Поэтому ротор вращается чуть медленнее, чем магнитное поле статора, и это проскальзывание (официальный термин — скольжение) несколько возрастает с ростом нагрузки на валу.
Кстати, у трёхфазного асинхронного двигателя легко поменять направление вращения — достаточно поменять местами сетевые провода, подключённые к двум фазовым обмоткам.
Любой двигатель можно рассматривать как индуктивное сопротивление XL его обмоток и подключённое параллельно ему активное сопротивление Rн, которое отображает реальную, активную работу, выполняемую двигателем. С увеличением механической нагрузки на валу такое условное активное сопротивление Rн уменьшается, ток растёт, и это хорошо — увеличивается косинус фи (Р-83). Однако большое промышленное предприятие, на котором работает много асинхронных двигателей, для электростанции не очень приятный потребитель — у него велика общая индуктивная составляющая нагрузки. Она, как известно, полезного дела не делает, а ток по цепи гоняет (Т-8) и потери в линиях передачи увеличивает (Р-83).