מנוע AC הוא מכשיר הממיר אנרגיה חשמלית מזרם חילופין (AC) לאנרגיה מכנית, ופועלו מסתמך על עקרונות אלקטרומגנטיים בסיסיים. כדי להבין כיצד הוא פועל, בואו ננתח את רכיביו העיקריים ואת רצף האירועים המאפשרים תנועה.

 

ראשית, בואו נזהה את החלקים העיקריים. רוב מנועי AC, במיוחד מנוע אינדוקציה נפוץ, מורכבים משני רכיבים עיקריים: ה- גַלגַל מְכַוֵן וה- הרוטורהסטטור הוא החלק החיצוני הנייח של המנוע, המכיל קבוצת אלקטרומגנטים (הנקראים סלילי סטטור) המסודרים בתבנית מעגלית סביב הציר המרכזי. סלילים אלה מחוברים למקור מתח AC. הרוטור, לעומת זאת, הוא החלק הפנימי המסתובב, בדרך כלל ליבה גלילית העשויה מיריעות מתכת למינציה עם מוטות מוליכים (לעתים קרובות נחושת או אלומיניום) משובצים על פני השטח שלה, ויוצרים מבנה "כלוב סנאי" במנועי אינדוקציה רבים. מוטות אלה מקוצרים בשני קצותיהם על ידי טבעות, המאפשרות לזרם חשמלי לזרום דרכם.

 

הקסם של מנוע AC מתחיל ב- שדה מגנטי מסתובב שנוצר על ידי הסטטור. כאשר זרם חילופין זורם דרך סלילי הסטטור, כל סלילה הופכת לאלקטרומגנט שהקוטביות שלו מתהפכת כאשר הזרם מתחלף (מכיוון שזרם חילופין משנה כיוון מעת לעת). חשוב לציין, סלילי הסטטור מרווחים בזוויות ספציפיות (בדרך כלל במרחק של 120 מעלות זו מזו במנועים תלת פאזיים) ומחוברים לפאזות של אספקת הזרם החילופין שאינן מסונכרנות זו עם זו. הפרש פאזה זה גורם לשדה המגנטי המיוצר על ידי הסטטור להסתובב בצורה חלקה סביב הציר במהירות המכונה מהירות סינכרונית, אשר תלוי בתדירות זרם החילופין ובמספר הקטבים בסלילי הסטטור. לדוגמה, ספק כוח של 60 הרץ עם סטטור בעל 4 קטבים יוצר מהירות סינכרונית של 1800 סיבובים לדקה (סל"ד).

 

הַבָּא, אינדוקציה אלקטרומגנטית נכנס לתמונה, ומניע את הרוטור להסתובב. כאשר השדה המגנטי המסתובב מהסטטור חותך את המוטות המוליכים של הרוטור, הוא משרה זרם חשמלי במוטות הרוטור (הודות לחוק האינדוקציה של פאראדיי). זרם מושרה זה, בתורו, יוצר שדה מגנטי משלו סביב הרוטור (חוק אמפר). האינטראקציה בין השדה המגנטי המסתובב של הסטטור לשדה המגנטי של הרוטור מייצרת מומנט - כוח סיבוב - הגורם לרוטור לעקוב אחר השדה המסתובב.

 

במנועי אינדוקציה, הרוטור לעולם לא מגיע למהירות הסינכרונית של השדה המגנטי של הסטטור. הפרש זה, המכונה לְהַחלִיק, נחוץ כדי לשמור על אינדוקציית הזרם ברוטור. אם הרוטור היה תואם את המהירות הסינכרונית, לא הייתה תנועה יחסית בין הרוטור לשדה המגנטי, כך שלא יושרה זרם ולא יופק מומנט. במקום זאת, הרוטור מסתובב במהירות מעט נמוכה יותר (בדרך כלל 2-5% פחות ממהירות הסינכרונית במנועים סטנדרטיים), מה שמבטיח אינדוקציה רציפה של זרם ומומנט.

 

לסיכום, מנוע AC פועל באמצעות פעולה מתואמת של שדה מגנטי מסתובב (הנוצר על ידי סלילי ה-AC של הסטטור) ואינדוקציה אלקטרומגנטית (המשרה זרם ברוטור, ויוצרת שדה מגנטי שמקיים אינטראקציה עם שדה הסטטור ליצירת מומנט). תהליך אלגנטי זה ממיר ביעילות אנרגיה חשמלית לתנועה מכנית, מה שהופך מנועי AC להכרחיים ביישומים רבים, החל ממכשירי חשמל ביתיים ועד מכונות תעשייתיות.