Двигатель переменного тока — это устройство, преобразующее электрическую энергию переменного тока в механическую. Его работа основана на фундаментальных принципах электродинамики. Чтобы понять, как он работает, давайте рассмотрим его основные компоненты и последовательность событий, обеспечивающих движение.

 

Для начала давайте определим основные части. Большинство двигателей переменного тока, особенно асинхронные, состоят из двух основных компонентов: статор и роторСтатор — это неподвижная внешняя часть двигателя, содержащая набор электромагнитов (называемых обмотками статора), расположенных по кругу вокруг центральной оси. Эти обмотки подключены к источнику переменного тока. Ротор же — это вращающаяся внутренняя часть, обычно цилиндрический сердечник из ламинированных металлических листов с токопроводящими стержнями (часто медными или алюминиевыми), встроенными в его поверхность, образующими во многих асинхронных двигателях структуру «беличьей клетки». Эти стержни закорочены с обоих концов кольцами, что позволяет электрическому току протекать по ним.

 

Волшебство двигателя переменного тока начинается с вращающееся магнитное поле генерируется статором. При протекании переменного тока через обмотки статора каждая обмотка становится электромагнитом, полярность которого меняется при изменении тока (поскольку переменный ток периодически меняет направление). Важно отметить, что обмотки статора расположены под определёнными углами (обычно 120 градусов в трёхфазных двигателях) и подключены к фазам переменного тока, которые не синхронизированы друг с другом. Эта разность фаз заставляет магнитное поле, создаваемое статором, плавно вращаться вокруг оси со скоростью, известной как синхронная скорость, которая зависит от частоты переменного тока и числа полюсов в обмотках статора. Например, источник питания частотой 60 Гц с четырёхполюсным статором создаёт синхронную скорость 1800 оборотов в минуту (об/мин).

 

Следующий, электромагнитная индукция Включается в работу, приводя ротор во вращение. Когда вращающееся магнитное поле статора пересекает проводящие стержни ротора, оно индуцирует электрический ток в стержнях ротора (согласно закону индукции Фарадея). Этот индуцированный ток, в свою очередь, создаёт собственное магнитное поле вокруг ротора (закон Ампера). Взаимодействие между вращающимся магнитным полем статора и магнитным полем ротора создаёт крутящий момент — скручивающую силу, — которая заставляет ротор следовать за вращающимся полем.

 

В асинхронных двигателях ротор никогда не достигает синхронной скорости магнитного поля статора. Эта разница, известная как соскальзывать, необходимо для поддержания индукционного тока в роторе. Если бы ротор вращался с синхронной скоростью, относительное движение ротора и магнитного поля отсутствовало бы, поэтому ток не индуцировался бы, и крутящий момент не создавался бы. Вместо этого ротор вращается с несколько меньшей скоростью (обычно на 2–5% меньше синхронной скорости стандартных двигателей), обеспечивая непрерывную индукцию тока и крутящего момента.

 

Подводя итог, можно сказать, что двигатель переменного тока работает благодаря скоординированному взаимодействию вращающегося магнитного поля (создаваемого обмотками статора, питаемыми переменным током) и электромагнитной индукции (которая индуцирует ток в роторе, создавая магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем статора, создаёт крутящий момент). Этот элегантный процесс эффективно преобразует электрическую энергию в механическое движение, делая двигатели переменного тока незаменимыми в самых разных областях применения — от бытовой техники до промышленного оборудования.