Электрические машины разделяются на три основных вида: машины постоянного тока, синхронные и асинхронные. Они обратимы, т. е. могут работать в качестве генераторов и электродвигателей. Однако синхронные машины применяют главным образом в качестве генераторов, а асинхронные используют как электродвигатели.
В машинах постоянного тока якорь вращается в подшипниках внутри станины, к которой изнутри привинчены полюса с надетыми на них катушками. Постоянный ток, протекающий по виткам катушек, создает магнитный поток, пронизывающий якорь. На якоре имеются продольные канавки, называемые пазами, В них уложены провода обмотки, в которых при вращении якоря в магнитном поле наводятся э. д. с. Части обмотки, лежащие вне пазов, называются лобовыми частями. На обмотку якоря при вращении действует центробежная сила, которая стремится вытолкнуть обмотку из пазов и отогнуть лобовые части. Поэтому на якорь намотаны витки стальной проволоки, называемые бандажами.
При вращении якоря в магнитном поле э. д. с. наводятся не только в проводах обмотки, но и в сердечнике якоря. Поскольку в сердечнике якоря есть замкнутые контуры, по ним протекают вихревые токи. Если бы сердечник якоря представлял собой массивный стальной цилиндр (рис. 26, а), вихревые токи были бы очень большими и нагревали его до высокой температуры. Чтобы снизить потерн энергии на вихревые токи, все магнитные сердечники электрических машин, находящиеся в переменном магнитном поле, спрессовывают из тонких листов, изолированных друг от друга.
При вращении якоря провода обмотки оказываются то под северным полюсом, то под южным, поэтому направления э. д. с. в них меняются.
Следовательно, в проводах обмотки якоря протекает переменный ток. Во внешнюю цепь через щетки течет постоянный ток, выпрямленный коллектором, к пластинам которого припаяны провода обмотки.
Если провода обмотки якоря замкнуть между собой и присоединить к контактным кольцам, то во внешнюю цепь потечет переменный ток и машина постоянного тока превратится в генератор переменного тока.
Однако синхронные генераторы имеют другое устройство. Они представляют собой как бы вывернутую машину постоянного тока. Полюса с катушками у них расположены на вращающейся части, которая называется индуктором, а обмотка, в проводах которой наводятся э. д. с, вложена в пазы неподвижной части машины, называемой статором (рис. 27). Это дает возможность строить генераторы большой мощности и высокого напряжения, так как переменный ток течет во внешнюю цепь, не проходя через скользящие контакты колец и щеток.
К катушкам индуктора подводится через контактные кольца относительно небольшой ток от машины постоянного тока, называемой возбудителем. Генераторы переменного тока называются синхронными потому, что скорость вращения ротора является постоянной и при частоте переменного тока 50 гц.
Все синхронные генераторы, работающие на линии передачи, строят трехфазными, так как трехфазный ток имеет много преимуществ перед однофазным. Одно из важных свойств трехфазного тока заключается в следующем. Если питать трехфазным током статорную обмотку машины переменного тока, то магнитное поле, создаваемое этой обмоткой, будет вращаться с синхронной скоростью. Это свойство используется в работе асинхронных трехфазных электродвигателей.
Асинхронные электродвигатели имеют такой же статор, как и синхронные генераторы. Обмотка статора питается от сети трехфазным током, который создает вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает вращающуюся часть асинхронного двигателя, которая называется ротором. В обмотке ротора наводятся э. д.’с. и текут токи. От взаимодействия токов ротора с результирующим магнитным полем статора и ротора появляется вращающий момент и ротор начинает вращаться. Однако он вращается несколько медленнее, чем магнитное поле статора, поэтому электродвигатели называются асинхронными.
Асинхронный двигатель получает из сети и активный ток, который превращается в нем в механическую энергию, и намагничивающий ток, создающий магнитное поле. Поэтому к обмотке ротopa не приходится подводить ток от постороннего источника. У большей части асинхронных двигателей обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, которые соединены между собой замыкающими кольцами с обеих сторон ротора. Такие роторы называются короткозамкнутыми.
Однако часть асинхронных двигателей имеет обмотку ротора, присоединенную к контактным кольцам. Через кольца и щетки в цепь ротора включают пусковые и регулировочные реостаты для увеличения момента трогания ротора с места и регулирования скорости его вращения. Такие электродвигатели называют асинхронными с фазным ротором.
Почти все асинхронные электродвигатели выпускают на два рабочих напряжения, например 220/380 в или 380/660 в. Обмотка статора таких двигателей имеет шесть выводных концов — три начала фаз и три конца. При высшем напряжении сети фазы обмотки соединяют в звезду, а при низшем — в треугольник. При этом напряжение в фазе обмотки остается неизменным.
На рис. 30 показана схема дощечки зажимов асинхронного двигателя с переключением обмотки со звезды на треугольник или наоборот. Как известно из электротехники, при соединении в звезду начала или концы фаз соединяют в общую точку, а другие три конца соединяют с проводами сети. Это показано на схеме (рис. 30,6). На схеме (рис. 30, а) обмотки соединены в треугольник. Для этого конец С4 первой фазы соединен с началом С2 второй фазы; конец С5 второй фазы — с началом СЗ третьей фазы; конец С6 третьей фазы — с началом С1 первой фазы.
Таким образом, простой перестановкой пластинок на дощечке зажимов осуществляется переключение обмотки на разные напряжения сети.