Асинхронная электрическая машина
Асинхро́нная электри́ческая маши́на (от а... и греч. σύγχρονος – одновременный), электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора не равна частоте вращения магнитного поля статора.
Статор – неподвижная часть асинхронной электрической машины – имеет шихтованный (набранный из стальных листов) магнитный сердечник, в пазах которого расположена многофазная обмотка, чаще всего трёхфазная, или две однофазные.
В конструкцию ротора – подвижной части асинхронной электрической машины – также входит шихтованный магнитный сердечник, посаженный на вал, с обмоткой в пазах. Различают роторы короткозамкнутые и фазные. Наибольшее распространение получили асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором, обмотка которого выполнена в виде стержней из сплава алюминия, замкнутых накоротко на торцах ротора кольцами (т. н. беличье колесо). Фазный ротор имеет трёхфазную обмотку из медных изолированных проводников, соединённую звездой; концы фаз подсоединены к расположенным на валу контактным кольцам. Вместе с неподвижными щётками они образуют скользящий контакт, позволяющий соединять фазную обмотку с внешней цепью.
Первая (двухфазная) асинхронная электрическая машина предложена Н. Теслой в 1887 г., а трёхфазная асинхронная электрическая машина изобретена М. О. Доливо-Добровольским в 1888 г. Асинхронная электрическая машина применяется в основном как двигатель (преобразователь электрической энергии в механическую) и значительно реже как генератор (осуществляет обратное преобразование). Принцип действия основан на использовании вращающегося магнитного поля.
В трёхфазном асинхронном двигателе обмотка статора подключается к сети переменного тока. Токи фаз обмотки создают магнитодвижущую силу, которая и обусловливает появление вращающегося магнитного поля. Магнитное поле, пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них электродвижущую силу (ЭДС), которая, в свою очередь, вызывает ток в цепи роторной обмотки. В результате взаимодействия тока в проводниках ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает вращающий момент, который приводит ротор в движение и через вал передаётся нагрузочному механизму. Ротор асинхронного двигателя всегда вращается несколько медленнее поля статора (т. е. вращения не синхронны). При вращении с одинаковой частотой вращающееся магнитное поле не будет изменяться по отношению к проводникам ротора, в них перестанет наводиться ЭДС, исчезнут ток и вращающий момент, и, как следствие, ротор остановится. В однофазном двигателе для его пуска – создания вращающегося магнитного поля – на статоре предусмотрена вторая обмотка, ось которой сдвинута пространственно относительно оси основной обмотки.
Асинхронные двигатели выпускаются сериями на различные мощности и частоты вращения: трёхфазные – от десятков ватт до десятков мегаватт, однофазные – от долей до сотен ватт. Конструктивное исполнение двигателей зависит от их назначения и условий работы. Они широко используются во всех областях техники, сельском хозяйстве и быту, являясь основными потребителями электрической энергии.
Асинхронному генератору для возбуждения вращающегося магнитного поля необходима реактивная мощность, которая забирается из электрической сети, если он работает параллельно с сетью, или от другого источника (например, конденсатора), если генератор работает в автономной системе. Ротор асинхронного генератора вращается приводным двигателем в том же направлении, что и магнитное поле, но с большей частотой. К недостаткам такого генератора относится необходимость в источнике реактивной мощности и трудность регулирования его выходного напряжения. Асинхронные генераторы небольшой мощности применяются для автономного электроснабжения подвижных объектов, как аварийные источники электроэнергии, в ветроустановках, малых ГЭС и т. д.
При вращении ротора против направления вращения поля асинхронная электрическая машина может работать как электромагнитный тормоз.