Из числа различных видов современных электрических машин самой распространенной в наши дни является асинхронная бесколлекторная машина, которая обычно и применяется в качестве двигателя. Асинхронная машина - это машина, в которой при работе возбуждается вращающееся магнитное поле, но ротор вращается асинхронно, т.е. с угловой скоростью, отличной от от угловой скорости поля. Иными словами, ротор стремится догнать магнитное поле статора, но не успевает за ним, и его скорость всегда меньше скорости магнитного поля статора. Равенством скоростей ротора и магнитного поля статора обладают другие двигатели, получившие название синхронных.
Асинхронная машина была изобретена М.О. Доливо-Добровольским в 1888г., и до нашего времени сохранила, в основном, ту простую форму, которую ей придал русский изобретатель. Причины широкого распространения асинхронного двигателя(и, собственно, 3-х фазной системы) - его простота и дешевизна. В своей основе двигатель состоит из 3-х неподвижных катушек(обмоток), размещенных на общем сердечнике, и помещенной между ними четвертой, вращающейся катушки.
Асинхронный двигатель может исполняться в однофазном, двухфазном и трехфазном исполнении. Конструктивно двигатель состоит из статора и ротора.
Статор состоит из литого корпуса цилиндрической формы (см. рис.1а). Внутри статора располагается магнитопровод с вырубленными пазами, в которые укладывается статорная обмотка. Концы обмоток выводятся в клеммную коробку и могут быть соединены как треугольником, так и звездой и подключаются к трехфазной сети. Каждая фазная обмотка содержит одну или несколько катушечных групп, соединенных последовательно и расположенных вдоль окружности статора на равном расстоянии друг от друга. Токи в фазных обмотках возбуждают в двигателе вращающееся магнитное поле статора с числом пар полюсов р, равным числу катушечных групп в одной фазной обмотке. Это достигается взаимным расположением фазных обмоток, при котором их катушечные группы сдвинуты по окружности статора относительно катушечных групп соседней фазной обмотки на угол 120°/р. Например, для обмотки четырехпоолюсной машины (р=2) этот угол равен 60° (см. рис.1б). Корпус статора с торцов закрыт подшипниковыми щитами, в которые запресовываются подшипники вала ротора. Ротор состоит из стального вала с напресованным в него магнитопроводом.
По конструкции роторов двигатели делятся на две группы. Первая - с короткозамкнутым ротором, вторая - с фазным. У двигателя с короткозамкнутым ротором в пазы заливаются алюминиевые стержни и накоротко замыкаются по торцам - так называемое "беличье" колесо (рис.2). У 3-х фазного имеются три обмотки, соединенные в звезду. Выводы обмоток присоединены к кольцам, закрепленным на валу (рис.3). К кольцам при пуске прижимаются неподвижные щетки, к которым подключаются сопротивления. В начальный момент пуска ротор находится в заторможенном состоянии, затем сопротивление уменьшают и двигатель плавно запускается, что позволяет снизить пусковой ток.
К обмоткам статора подводится 3-х фазное напряжение, а ротор вращается посредством вращающегося магнитного поля, создаваемого системой 3-х фазного тока.
Особенностью короткозамкнутого асинхронного двигателя является наличие постоянной частоты вращения поля статора, определяемой числом пар полюсов.
Если поменять местами любые две фазы, то возникнет поле обратной последовательности и ротор начнет вращаться в другую сторону.
Именно таким образом осуществляется реверсирование 3-х фазных асинхронных двигателей переменного тока.
Двухфазные асинхронные двигатели (или однофазные с конденсаторным пуском). Фактически двигатель запитывается от одной фазы. Но напряжение на второй обмотке смещено по фазе из-за подачи на нее напряжения через конденсатор. Поэтому, если их назвать однофазными с конденсаторным пуском, то тоже будет правильно. Они помимо обмотки, включаемой непосредственно в сеть, имеют вторую обмотку, присоединяемую последовательно с тем или другим фазасдвигающим устройством (конденсатором, катушкой индуктивности. Наиболее выгодным является применение не третьей запускающей обмотки, а конденсатора, и соответствующие двигатели называют конденсаторными (рис.1)
В пазах статора подобных двигателей размещают две фазные обмотки, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 90°.
Простое графическое построение (рис.4) показывает, как в результате сложения двух одинаковых магнитных потоков Ф1м и Ф2м, вращающихся в противоположные стороны, получается магнитный поток, изменяющийся по синусоидальному закону: