Лекция №10. Асинхронные машины
Цель: ознакомиться с устройством, принципом действия, характеристиками, классификацией и применением асинхронных машин
Общие определения и понятия
Электрические машины переменного тока служат для превращения механической энергии в электрическую (генераторы) и для обратного превращения (электродвигатели).
Для преобразования механической энергии в электрическую или обратно необходимо создать относительное движение проводящего контура с током и магнитного поля (магнита или тока).
В электрических машинах, рассчитанных на длительную работу, используется вращательное движение подвижной части машины (ротора), расположенной внутри неподвижной части (статора). Обмотка машины, служащая для создания магнитного поля, называется индуктором, а обмотка, обтекаемая рабочим током, называется якорем. Оба последних термина употребляются и для машин постоянного тока.
Для увеличения магнитной индукции обмотки машин размещаются на ферромагнитных телах (сталь, чугун).
Все электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут использоваться как в качестве генераторов электрической энергии, так и в качестве электродвигателей.
Вращающееся магнитное поле
Представим себе вращающийся постоянный магнит. Вместе с магнитом будет перемещаться и создаваемое им магнитное поле, и мы получим вращающееся магнитное поле.
Если в такое поле поместить магнитную стрелку, то она будет стремиться установиться вдоль линий поля и поэтому придет во вращение в ту же сторону, в которую вращается поле.
Подобно магнитной стрелке будет вести себя замкнутый виток проволоки. Вследствие движения поля относительно витка в проволоке возникнет индукционный ток, который будет направлен так, как показано на рисунке. На этот ток со стороны магнитного поля будут действовать силы, стремящиеся вращать виток вместе с полем, и виток придет во вращение.
Таким же образом будут вести себя массивные металлические диск или цилиндр, так как в них также будут наводиться индукционные токи, которые будут замыкаться в толще металла диска или цилиндра (так называемые вихревые токи), однако, так же как и токи в проволоках, они будут взаимодействовать с магнитным полем. Возникающие при этом силы, согласно закону Ленца, будут направлены так, чтобы уменьшить скорость вращения диска относительно поля, отчего диск (или цилиндр) придет во вращение в том же направлении, как и поле.
Вращающееся магнитное поле можно получить и с помощью переменных токов. Рассмотрим сначала получение вращающегося ноля при помощи двухфазного тока. Пусть имеются две катушки 1 и 2 (см. рис.), повернутые друг относительно друга на угол 90°, питаемые двухфазным током. Это значит, что если ток в катушке 1 меняется по закону 
, то ток в катушке 2 будет 
. Катушка 1 создает переменное магнитное поле B 1, изменяющееся по закону
.
Катушка 2 создает магнитное поле B 2, направленное перпендикулярно к полю B 1 и отстающее от него по фазе на 90°:
.
Индукция результирующего поля
остается постоянной во времени. Направление же этого поля изменяется. Будем характеризовать это направление углом a, составленным вектором B и осью Y. Тогда
, 
.
Мы видим, что вектор B результирующего поля равномерно поворачивается против часовой стрелки с угловой скоростью w, т. е. мы имеем вращающееся магнитное поле, подобное полю вращающегося постоянного магнита.
Легко видеть, что если бы мы пересоединили концы одной из катушек 1 или 2, то мы изменили бы знак одного из полей B 1 или B 2 и при этом получили бы 
, т. е. вращение по часовой стрелке.
Для получения вращающегося магнитного поля с помощью трехфазного тока нужны три катушки (или их число, кратное трем) соответственно трем переменным токам в системе трехфазных токов. Катушки 1, 2 и 3 должны быть повернуты друг относительно друга на углы 120°, как показано на рисунке. В этом случае мы имеем три переменных магнитных поля B 1, B 2 и B 3, которые составляют друг с другом, так же как и катушки, углы в 120°.
Колебания этих полей выражаются формулами
,
,
.
Нетрудно показать, что эти три поля, складываясь, дают результирующее поле, вращающееся с угловой скоростью w. Индукция результирующего поля остается постоянной и равной 
. Если поменять местами концы любой пары проводов, присоединенных к катушкам поля (или к зажимам генератора), то направление вращения поля изменяется на обратное.