Электродвигатели. Электрогенераторы

ЭлектрогенераторыСуществуют электродвигатели и генераторы постоянного и переменного тока.

Устройство электрических моторов постоянного тока схематически изображается так:

Кубики
Кубики синего и красного цвета на рисунке символизируют полюса постоянного магнита. Между полюсами расположена проволочная рамка, по которой течет ток. Источником тока является батарейка. Революционным моментом в разработке электродвигателей постоянного тока было изобретение коллектора — устройства, которое обеспечивает протекание тока по занимающим определенное положение виткам проводов (рамкам) в обмотке ротора. Появились такие моторы только в конце 19 века, хотя в теоретическом плане никаких препятствий для их создания не было с момента открытия Ампера. Вот так наука иногда опережает технику.

К проводящим щеткам коллектора, которые на рисунке изображены в виде двух дуг, подводится напряжение от источника постоянного тока, например, автомобильного аккумулятора. В этом случае мы имеем дело с двигателем, преобразующим электрическую энергию в механическую энергию.

Если же заставить вращаться ротор этого двигателя, а со щеток снимать напряжение, то в этом случае машина «обращается», и мы имеем дело с генератором постоянного тока, в котором механическая работа превращается в электрическую.

В современных коллекторных электродвигателях используются электромагниты. Например, в электромоторах дрелей, электропил и прочего электроинструмента есть обмотки статора и ротора. Если одновременно меняется направление тока в обмотке ротора и в обмотке статора, то направление механического момента сил не меняется. Поэтому такие электромоторы могут работать как от источника постоянного тока, так и от сети переменного тока.

В электродвигателях переменного тока используются несколько (2 и больше) пар обмоток для того, чтобы создать в том месте, где расположен ротор двигателя, вращающееся магнитное поле. Механический момент сил, действующий в магнитном поле на намагниченный ротор, позволяет двигателю совершать работу.

Есть так называемые синхронные двигатели, в которых ротор намагничен постоянно, то есть полюса магнита на роторе имеют вполне определенные положения. В синхронном двигателе ротор вращается с такой же частотой, как и магнитное поле. Может меняться только угол между вектором магнитного поля и осью магнита на роторе.

Есть так называемые асинхронные двигатели, в которых частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля. В таких двигателях намагниченность ротора вызывается внешним магнитным (вращающимся) полем. Материал ротора такого двигателя — магнитомягкое железо, в котором хотя и возникают потери, связанные с изменением направления намагниченности, но они незначительны. Когда асинхронный двигатель совершает механическую работу, частота вращения его ротора меньше частоты вращения магнитного поля. Например, при частоте оборотов магнитного поля 3000 оборотов в минуту асинхронный двигатель, работающий с нагрузкой, может вращаться с частотой 2800 оборотов в минуту.

Если внутри неподвижной проволочной катушки вращать постоянный магнит, то на выводах этой катушки возникнет напряжение, обусловленное электромагнитной индукцией. Это принцип работы генератора переменного тока. Синхронный двигатель может работать в качестве генератора переменного тока, а в отличие от него асинхронный двигатель не будет вырабатывать переменный ток, так как остаточная намагниченность его ротора мала, и на выводах катушек статора будет маленькое переменное напряжение.