Слово «двигун» завжди породжує уявленнячогось рухомого, і навіть частіше - обертового. Ясна річ - тому і двигун. Суть будь-якого двигуна - в тому, щоб перетворити будь-який вид енергії в рух. А ви знаєте, який двигун був найпершим? Вважають, що це був парус. Не буде помилкою сказати, що найпоширеніший двигун - електричний. Серед усього різноманіття електричних машин цього класу найбільше застосування отримав асинхронний двигун, принцип роботи якого заснований на використанні двох фундаментальних проявів електричної енергії - електромагнетизму і електричної індукції.
Щоб зрозуміти принцип роботи асинхронного електродвигуна, згадаємо найпростіші досліди зі шкільного курсу фізики:
- якщо по провіднику пропускати струм, навколо нього виникає пропорційне току магнітне поле;
- якщо взяти два провідника зі струмом, то між ними виникає силове поле - вони відштовхуються або притягуються, точно так же, як це роблять будь-які шматочки магнітів;
- якщо один провідник з струмом рухається по відношенню до іншого, який не підключений до джерела, але його ланцюг замкнута, то в ній виникає струм.
Фізична, або, точніше сказати, умоглядна,модель процесу включає в себе поняття магнітних силових ліній, якими ми позначаємо наявність магнітних властивостей. Ось вони-то і простягають свої «щупальця» в різні боки, і якщо на шляху трапляється феромагнітний матеріал, тобто такий, в якому магнітні лінії концентруються, то на нього і діє рушійна сила. А якщо цей матеріал і сам є магніт, то силове взаємодія магнітних полів проявляється ще сильніше. Збільшити магнітне поле провідника можна намоткой великого числа витків на стрижень з феромагнетика - в найпростішому випадку це звичайний металевий циліндр з чорного металу. Зовсім неважко зробити стрижень підковоподібним, а на нього надіти обмотку. Кінці «підкови» стали полюсами магніту, який, при включенні струму через котушку, створить потужне, максимальне по центру полюсів, магнітне поле. Зазвичай ми визуализируем його на малюнках лініями.
Якщо в зазор між полюсами поміститиметалевий стрижень, а потім почати обертати нашу магнітну «підкову», то зауважимо, що стрижень також буде обертатися. Чому наше пристрій називається асинхронний двигун? Принцип роботи цієї електричної машини, як було сказано, спирається на явище електромагнітної індукції, тобто перетин магнітними лініями індуктора тіла нашого стрижня. А «перетин» можливо тільки тоді, коли швидкість обертання магнітного поля індуктора - «підкови» - більше швидкості обертання стрижня. Цей параметр двигуна - асинхронність швидкостей обертання - називається «ковзання» і може досягати до 7% номінальної швидкості магнітного поля статора.
Максимум магнітного поля, що знаходиться в зазорі«Підкови», змінює своє просторове положення при її повороті. Відповідно до закону електромагнітної індукції, в стрижні виникає електричний струм разом зі своїм «супутником життя» - магнітним полем. Магнітні поля зчіплюються, взаємодіють, і ... обертають ротор. Реальний асинхронний двигун принцип роботи повторює в точності, як тут описано. Все, коло замкнулося - маємо два об'єкти без механічного зв'язку, але обертання одного з них, який отримує електричну енергію, призводить до обертання іншого. Роль невидимою «мотузки» виконують магнітні поля подковообразного магніту і стержня.
Для створення двигуна залишилося майже нічого- потрібно не «підкову» обертати, а змусити обертатися магнітне поле самостійно. Інакше кажучи, асинхронний двигун принцип роботи демонструє тим, що в ньому точка максимуму магнітного поля переміщається в статорі по колу, як ніби це наш обертається електромагніт. Залишилася справа за малим - «закрутити» магнітне поле.
Завдання обертового магнітного поля вирішують наступним чином:
- по колу у своєму розпорядженні три пари полюсів - котушок - під кутом 120 градусів;
- на кожну котушку подають напругусинусоїдальної форми від окремого джерела. Вважається, що повний тимчасової цикл синусоїди (період) - це 360 градусів. Позитивний максимум напруги настає через 90 градусів після нульового значення - все, як вчили в школі;
- особливість полягає в тому, що максимуми напругинаступають з тимчасовим зрушенням на третину періоду (електрики кажуть «три фази із зсувом 120 градусів») - це і є принцип дії асинхронного двигуна. Максимум напруженості магнітного поля переміщується від першої пари полюсів до другої, а потім до третьої. Далі процес повторюється, що рівнозначно переміщенню, точніше, «обертанню» магнітного поля.
Ось так, просто і без шуму, електрична енергіястатора перетворюється в механічне рух ротора. Щоб створити цей чудо-двигун, людству знадобилося кілька десятиліть, а нам вистачило 15 хвилин, щоб впевнено сказати: асинхронний двигун? -Ні нічого простішого.
