12.2. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Рассмотренные выше машины переменного тока могут работать и в качестве двигателей. Например, ротор расположен относительно статора так, как показано на рис. 12.4, и пусть переменный ток, текущий по обмотке статора, в этот момент течет в направлении, показанном на рис. 12.4.
Рис. 12.4. Разноименные полюсы притягиваются, ротор стремится повернуться налево
Рис. 12.5. Ротор стремится повернуться направо
Рис. 12.6. Ротор стремится повернуться налево
Этот ток теперь будет намагничивать еталь статора, создавая на нем чередующиеся северные и южные полюсы (через северные полюсы магнитный поток выходит, через южные входит).
Мы знаем, что разноименные полюсы притягиваются, а одноименные отталкиваются, поэтому, взглянув на рис. 12.4, можно убедиться в том, что магнитные силы будут стремиться повернуть ротор против часовой стрелки.
Но через половину периода ток в статоре уже будет иметь противоположное направление. Если ротор остался на прежнем месте (как показано на рис. 12.5), то теперь силы взаимодействия между полюсами будут стремиться повернуть ротор в обратную сторону, т. е. по часовой стрелке. Поэтому если ротор был неподвижен при включении переменного тока в обмотку статора, он и не сдвинется с места; на ротор будут действовать быстро чередующиеся силы противоположных направлений. Совсем иное дело, если ротор предварительно раскрутить и вращать с такой скоростью, что за время полупериода он переместится из положения, указанного на рис. 12.4, в положение, указанное на рис. 12.6.
В самом деле, теперь полюсы ротора повернулись так, что при новом направлении тока в обмотках статора взаимодействие магнитных полюсов статора и ротора стремится вращать ротор все в том же направлении.
Теперь уже не нужно прибегать к посторонней силе для кручения ротора, он будет продолжать вращаться с той же скоростью благодаря взаимодействию токов (их магнитного поля).
Эта скорость, в точности соответствующая скорости изменения магнитного поля статора, называется синхронной скоростью.
С другой скоростью при 50-периодном токе ротор вращаться не может, поэтому такие машины называют синхронными. В самом деле, если бы ротор вращался со скоростью, отличной от синхронной, то очень скоро изменения положения полюсов ротора и статора перестали бы соответствовать одно другому; они как бы перестанут попадать в такт. При этом, как говорят, вращение ротора выпадает из синхронизма.
Чем больше пар полюсов имеет синхронная машина, тем медленнее она будет вращаться.
На практике синхронные машины строят как с одной парой полюсов (быстроходные генераторы, приводимые во вращение паровыми турбинами), так и с десятками пар полюсов (например, тихоходные генераторы, приводимые во вращение водяными турбинами).
Из рассмотренного примера ясно, почему ротор должен быть раскручен к моменту присоединения переменного тока, но важно обратить внимание еще на следующее: переменный ток, протекающий через обмотку статора, должен быть таким, чтобы - его взаимодействие с магнитным полем постоянного тока создавало вращающую силу требуемого направления. Если бы положению ротора, изображенному на рис. 12.6, соответствовал переменный ток противоположного направления, то машина не пошла бы. Вместо того чтобы поддерживать вращение, электромагнитное взаимодействие ему препятствовало бы.
Поэтому для присоединения синхронной ращины к сети необходимо не только дать машине нормальную скорость, Но и убедиться в том, что ход изменения напряжений на машине и в сети одинаков.
