Синхронная машина

Синхронная машина

Синхронная машина — это двухобмоточная электрическая машина переменного тока, одна из обмоток которой присоединена к электрической сети с постоянной частотой, а вторая — возбуждается постоянным током. При это частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазоре [1] .

Содержание

Устройство [ править | править код ]

Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения). Как правило, якорь располагается на статоре, а на отделённом от него зазором роторе находится индуктор — таким образом, по принципу действия синхронная машина представляет собой как бы «вывернутую наизнанку» машину постоянного тока, переменный ток для обмотки якоря которой не получается с помощью коллектора, а подводится извне.

Якорь представляет собой одну или несколько обмоток переменного тока. В двигателях токи, подаваемые в якорь, создают вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с полем индуктора, и таким образом происходит преобразование энергии. Поле якоря оказывает воздействие на поле индуктора и называется поэтому также полем реакции якоря. В генераторах поле реакции якоря создаётся переменными токами, индуцируемыми в обмотке якоря от индуктора.

Индуктор состоит из полюсов — электромагнитов постоянного тока [2] или постоянных магнитов (в микромашинах). Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Явнополюсная машина отличается тем, что полюса ярко выражены и имеют конструкцию, схожую с полюсами машины постоянного тока. При не явнополюсной конструкции обмотка возбуждения укладывается в пазы сердечника индуктора, весьма похоже на обмотку роторов асинхронных машин с фазным ротором, с той лишь разницей, что между полюсами оставляется место, не заполненное проводниками (так называемый большой зуб). Неявнополюсные конструкции применяются в быстроходных машинах, чтобы уменьшить механическую нагрузку на полюса.

Для уменьшения магнитного сопротивления, то есть для улучшения прохождения магнитного потока, применяются ферромагнитные сердечники ротора и статора. В основном они представляют собой шихтованную (набранную из отдельных листов) конструкцию из электротехнической стали.

Принцип действия [ править | править код ]

Как всякая электромашина, синхронная машина может работать в режимах двигателя и генератора.

Генераторный режим [ править | править код ]

Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. Поскольку мощность возбуждения невелика по сравнению с мощностью, снимаемой с якоря (0,3. 2%), подвод постоянного тока к обмотке возбуждения с помощью двух контактных колец не вызывает особых затруднений. Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции; при вращении ротора магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, сцепляется поочерёдно с каждой из фаз обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. В наиболее распространённом случае применения трёхфазной распределенной обмотки якоря в каждой из фаз, смещённых друг относительно друга на 120 градусов, индуцируется синусоидальная ЭДС. Соединяя фазы по стандартным схемам «треугольник» или «звезда», на выходе генератора получают трёхфазное напряжение, являющееся общепринятым стандартом для магистральных электросетей.

Часто синхронные генераторы используют вместо коллекторных машин для генерации постоянного тока, подключая их обмотки якоря к трёхфазным выпрямителям — на тепловозах (например, ТЭП70, 2ТЭ116), автомобилях, летательных аппаратах. Это сделано из-за намного больших надёжности и межремонтного ресурса синхронных машин. [3] [4]

Двигательный режим [ править | править код ]

Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. Обычно якорь расположен на статоре, а индуктор — на роторе. В мощных двигателях в качестве полюсов используются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт щётка-кольцо), в маломощных, к примеру, в двигателях жёстких дисков — постоянные магниты. Существует обращённая конструкция двигателей, в которой якорь расположен на роторе, а индуктор — на статоре (в устаревших двигателях, а также в современных криогенных синхронных машинах, в которых в обмотках возбуждения используются сверхпроводники).

Запуск двигателя. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме. При такой скорости вращающееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора: если индуктор расположен на статоре, то получается, что вращающееся магнитное поле вращающегося якоря (ротора) неподвижно относительно постоянного поля индуктора (статора), если индуктор на роторе, то магнитное поле вращающихся полюсов индуктора (ротора) неподвижно относительно вращающегося магнитного поля якоря (статора) — это явление называется «вход в синхронизм».

Для разгона обычно используется асинхронный режим [5] , при котором обмотки индуктора замыкаются через реостат или накоротко, как в асинхронной машине, для такого режима запуска в машинах на роторе делается короткозамкнутая обмотка, которая также выполняет роль успокоительной обмотки, устраняющей «раскачивание» ротора при синхронизации. После выхода на скорость, близкую к номинальной (> 95% — так называемая подсинхронная скорость), индуктор запитывают постоянным током.

В двигателях с постоянными магнитами применяется внешний разгонный двигатель либо частотно-регулируемый пуск, также частотное регулирование применяют на всех типах СД в рабочем режиме — например, на тяговых двигателях скоростного электропоезда TGV. Двигатели старых электропроигрывателей требовали ручного пуска — прокрутки пластинки рукой, позже в проигрывателях стали применяться асинхронные двигатели.

Иногда на валу крупных машин ставят небольшой генератор (постоянного тока или переменного тока с выпрямлением), т.н. возбудитель, который питает обмотку возбуждения. В некоторых случаях (например, на тепловозах) возбудитель установлен отдельно и приводится через повышающий редуктор. [6]

где p — число пар полюсов статора, в зависимости от нагрузки машины меняется лишь угол нагрузки (угол тета) — электрический угол отставания или опережения поля возбуждения по отношению к полю якоря. При угле нагрузки более 90 электрических градусов машина выпадает из синхронизма — останавливается, если вал перегружен тормозным моментом, либо уходит на повышенные обороты, если машина работает в режиме генератора и недогружена электрической нагрузкой.

Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют косинус фи с ёмкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт (воздуходувки, водоперекачивающие и нефтеперекачивающие насосы), к примеру, типа СТД, при меньших мощностях обычно применяется более простой (и надёжный), в том числе в запуске, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Разновидности синхронных машин [ править | править код ]

Гидрогенератор — явнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от гидравлической турбины (при низких скоростях вращения, 50 — 600 мин –1 ).

Турбогенератор — неявнополюсный синхронный генератор, предназначенный для выработки электрической энергии в работе от паровой или газовой турбины при высоких скоростях вращения ротора — 6000 (редко), 3000, 1500 об/мин.

Синхронный компенсатор — синхронный двигатель, предназначенный для выработки реактивной мощности, работающий без нагрузки на валу (в режиме холостого хода); при этом по обмотке якоря проходит практически только реактивный ток. Синхронный компенсатор может работать в режиме улучшения коэффициента мощности или в режиме стабилизации напряжения. Дает индуктивную нагрузку.

Машина двойного питания (в частности АСМ) — синхронная машина с питанием обмоток ротора и статора токами разной частоты, за счёт чего создаются несинхронные режимы работы.

Ударный генератор — синхронный генератор (как правило, трёхфазного тока), предназначенный для кратковременной работы в режиме короткого замыкания (КЗ).

Сельсин — маломощная синхронная машина, используемая как датчик угла поворота либо в паре с другим сельсином для передачи угла поворота без прямой механической связи.

Также существуют безредукторные, шаговые, индукторные, гистерезисные, бесконтактные синхронные двигатели.

Бесконтактная синхронная машина [ править | править код ]

В классической синхронной машине имеется слабое место — контактные кольца со щётками, изнашивающиеся быстрее других частей машины из-за электроэрозии и простого механического износа. Кроме того, искрение щёток может стать причиной взрыва. Поэтому сначала в авиации, а позже и в других областях (в частности, на автономных дизель-генераторах) получили распространение бесконтактные трёхмашинные синхронные генераторы. В корпусе такого агрегата размещены три машины — подвозбудитель, возбудитель и генератор, их роторы вращаются на общем валу. Подвозбудитель — синхронный генератор с возбуждением от вращающихся на роторе постоянных магнитов, его напряжение подаётся в блок управления генератором, где выпрямляется, регулируется и подаётся в обмотку статора возбудителя. Поле статора наводит в обмотке возбудителя ток, выпрямляемый размещённым на валу блоком вращающихся выпрямителей (БВВ) и идущий в обмотку возбуждения генератора. Генератор уже вырабатывает ток, идущий к потребителям.

Такая схема обеспечивает как отсутствие иных механических частей в двигателе, кроме подшипников, так и автономность работы генератора — всё время, пока генератор вращается, подвозбудитель даёт напряжение, которое может быть использовано для питания цепей управления генератором.

Общие сведения об электрических машинах — Изменение скорости вращения путем изменения первичного напряжения и другие

Скорость вращения двигателя можно регулировать путем изменения (уменьшения) напряжения на его зажимах. Это основано на зависимости M = f(s) (185), которую, предполагая постоянными параметры двигателя и неизменной частоту приложенного напряжения в пределах по s<sKр, можно записать в виде M = c1U1s. Отсюда следует, что при постоянном моменте па валу двигателя скольжение s меняется при изменении напряжения в соответствии с зависимостью

На рисунке 176 даны кривые вращающих моментов двигателя при различных значениях первичного напряжения; если скольжение s1 соответствует работе двигателя при напряжении.

Рис. 176. Механические характеристики асинхронного двигателя при различных величинах напряжения.

Как видно, диапазон регулирования скорости вращения, равной (1—s), весьма невелик. Расширение диапазона регулирования получается при более пологих механических характеристиках, то есть в двигателях с большим значением sK. Но следует помнить, что потери, возникающие во вторичной цепи, равны мощности скольжения [см. формулу (159)]. К недостаткам относится также и то, что при
снижении напряжения пропорционально его квадрату падает перегрузочная способность двигателя. К достоинствам этого способа относятся возможность применения его к короткозамкнутым двигателям, плавное регулирование скорости вращения, простота и надежность в работе. Напряжение на зажимах двигателя при неизменном напряжении сети изменяют при помощи установленных между сетью и статором двигателя регулируемого автотрансформатора или управляемых дросселей насыщения. При изменении значения постоянного тока подмагничивания индуктивное сопротивление дросселей изменяется, что вызывает изменение напряжения на зажимах двигателя.
Ухудшение охлаждения самовентилируемых двигателей при снижении скорости вращения приводит к необходимости повышать номинальную мощность двигателя (увеличивать габарит регулируемого двигателя по сравнению с нерегулируемым). Степень завышения мощности зависит от формы механической характеристики двигателя (ее пологости в области рабочих режимов), вида статической нагрузки и диапазона регулирования.
Выбор электродвигателя по мощности, дросселей насыщения или автотрансформатора для регулируемого привода представляет собой самостоятельный вопрос, рассматриваемый в курсах электропривода и в периодической литературе.
Способы регулирования скорости вращения изменением напряжения перспективны прежде всего для приводов с вентиляторной характеристикой момента, механизма или постоянным моментом, но при малом диапазоне регулирования. Такие приводы достаточно распространены в сельскохозяйственном производстве.
Метод регулирования скорости вращения изменением напряжения применяется также для двигателей с фазным ротором, причем в этом случае для получения более пологих механических характеристик двигателя в цепь ротора включают добавочные сопротивления.

Другие способы регулирования скорости вращения

Рассмотренные способы регулирования скорости вращения можно отнести к наиболее распространенным. Из возможных других можно назвать способ регулирования скорости вращения двигателя с фазным ротором при включении в цепь ротора индуктивных сопротивлений, наглухо присоединенных к цепи ротора и размещенных на одном валу с ним (двигатель Розова, рис. 178), а также способ импульсного регулирования. При импульсном регулировании непрерывно включают двигатель в сеть и отключают его от сети или при помощи контактора К шунтируют сопротивления, включенные между сетью и статором двигателя (рис. 179).

Рис. 178. Двигатель с индуктивными сопротивлениями в роторе:
а — электрическая схема; б — внешний вид; в — конструкция индуктивного сопротивления; 1 — катушка; 2 — корпус диска; 3 — крышка.

Рис. 179. Схема импульсного регулирования скорости вращения асинхронного двигателя.

В зависимости от частоты и продолжительности импульсов двигатель работает с некоторой приблизительно постоянной скоростью вращения. Регулирование сопряжено с ухудшением энергетических показателей, сопровождается толчками токов и применяется только для двигателей весьма малой мощности.

Эксплуатация электрических машин и аппаратуры — Регулировка скорости вращения асинхронных двигателей

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя выражают формулой:

Как видно, скорость вращения ротора двигателя можно регулировать, изменяя одну из трех величин: частоту питающей сети, скольжение или число пар полюсов.

Регулируют скорость вращения, изменяя частоту в короткозамкнутых и фазных двигателях. При плавном изменении питающей частоты изменяется скорость вращения магнитного потока и скорость вращения ротора.

Скорость вращения регулируют введением активного сопротивления в цепь ротора фазного двигателя. В цепь ротора вводят сопротивление регулировочного реостата, аналогичного пусковому реостату, рассчитанному на длительное протекание токов ротора.
При увеличении сопротивления в роторной цепи уменьшается ток ротора. Момент двигателя становится меньше тормозного момента, скорость вращения ротора уменьшается. Скольжение возрастает, э. д. с. увеличивается, что вызывает рост роторного тока до прежнего значения, чтобы обусловленный им момент двигателя был равен тормозному моменту, но при меньшей скорости вращения. Характеристики на рисунке 39 иллюстрируют регулирование скорости вращения ротора фазного двигателя.
Плавность регулирования скорости вращения ротора двигателя зависит от числа ступеней реостата. Используя жидкостный реостат, можно плавно регулировать скорость вращения ротора.
Этот способ регулирования неэкономичен. С уменьшением скорости движения ротора двигателя увеличиваются электрические потери в роторной цепи (в реостате). Заметно возрастают и потери мощности в стали ротора. С уменьшением скорости вращения ротора полезная мощность снижается, а потребляемая мощность практически не изменяется, а к. п. д. сильно уменьшается. В режиме холостого хода или при малой нагрузке введение активного сопротивления в цепь ротора не влияет на скорость вращения ротора двигателя.

Рис. 39. Изменение скоростей вращения фазного двигателя регулировочным реостатом.

Регулирование скорости вращения ротора изменением числа пар полюсов применимо для короткозамкнутых двигателей. В них число полюсов ротора всегда равно числу полюсов статора. При регулировании таким способом фазных двигателей изменение числа полюсов статорной обмотки одновременно необходимо соответственно переключать роторную обмотку, что сильно осложняет контактную систему ротора.
Число полюсов можно изменять ступенчато. Скорость вращения ротора двигателя будет изменяться также ступенчато. Число полюсов двигателя изменяют так. В пазы статора укладывают две независимые обмотки на разное число полюсов или одну обмотку с переключением числа полюсов.
В двухобмоточных многоскоростных двигателях при работе на той или иной скорости используется одна обмотка, вторая бездействует.

Наличие двух обмоток увеличивает размеры двигателя, а работа одной из двух обмоток ухудшает использование активных материалов. Делая каждую из обмоток двухобмоточного двигателя с переключением числа пар полюсов, можно расширить диапазон регулирования скорости вращения ротора.
В однообмоточном многоскоростном двигателе полностью используют обмотку статора при работе на каждой из скоростей. Наиболее просто число полюсов обмотки переключать при отношении 1 : 2, что достигается изменением направления токов в полуфазах.
На рисунке 40,а показана развернутая двухслойная обмотка с переключением числа пар полюсов при отношении 1:2 : z = 18; т — 3; 2р = 2/4.

Рис. 40. Развернутая схема двухскоростной обмотки (а) и схемы соединения фаз при большем и меньшем числе полюсов (б),

Шаг двухскоростной обмотки принимают меньше полюсного деления при малом числе полюсов и больше или равным полюсному делению при большем числе полюсов. Число катушек в катушечной группе берут равным числу пазов на полюс и фазу при меньшем числе полюсов. На рисунке 40, а стрелками показано распределение токов по катушечным группам при большем и меньшем числе полюсов обмотки. На рисунке 40, б показаны схемы соединения фаз обмотки при 2р = 4 и 2р — 2, то есть использована схема переключения «треугольник — двойная звезда» (Δ//λλ); она допускает наименьшее (6) число выводных концов. Переброска двух проводов от питающей сети необходима для сохранения вращения ротора двигателя на одной и другой скоростях. Двухскоростной двигатель с шестью выводами можно переключать по схеме звезда — двойная звезда. Двухскоростные двигатели со схемами переключения относятся к двигателям с постоянным моментом, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковый момент на обеих скоростях вращения ротора.
Двухскоростной двигатель со схемой переключения обмотки «звезда — звезда» с девятью выводами относится к двигателям с постоянной мощностью, то есть по условиям нагрева двигатель способен развивать одинаковую мощность при двух скоростях вращения ротора.
С увеличением ступеней регулирования скорости вращения растет число выводов, что очень усложняет конструкцию переключающего устройства. Обычно больше чем на четыре скорости многоскоростные двигатели не выполняют. Эти двигатели в сравнении с обычными имеют ряд недостатков: большие габариты, высокая стоимость, низкие энергетические показатели (к. п. д. и cos φ), громоздкое многоконтактное переключающее устройство.

Как можно регулировать скорость вращения синхронного двигателя

Воропаев Е.Г.
Электротехника

Если в рассмотренных выше асинхронных машинах ротор имел частоту вращения, отличную от частоты вращения магнитного поля статора, то в синхронных эти частоты равны между собой.
Синхронные машины могут работать как генераторами, так и двигателями.
В зависимости от типа привода синхронные генераторы получили и свои названия.
Турбогенератор, например, — это генератор, приводимый в движение паровой турбиной, гидрогенератор вращает водяное колесо, а дизель — генератор механически связан с двигателем внутреннего сгорания.
Синхронные двигатели широко применяют для привода мощных компрессоров, насосов, вентиляторов.
Синхронные микродвигатели используют для привода лентопротяжных механизмов регистрирующих приборов, магнитофонов и т.д.

6.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Статор синхронной машины по конструкции не отличается от статора асинхронного двигателя. В пазах статора размещается трехфазная, двухфазная или однофазная обмотки.
Заметное отличие имеет ротор, который принципиально представляет собой постоянный магнит или электромагнит.
Это налагает особые требования на геометрическую форму ротора. Любой магнит имеет полюса, число которых может быть два и более.
На рис. 6.1.1 приведены две конструкции генераторов, с тихоходным и быстроходным ротором.

Быстроходными бывают, как правило, турбогенераторы. Количество пар магнитных полюсов у них равно единице. Чтобы такой генератор вырабатывал электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц, его необходимо вращать с частотой

На гидроэлектростанциях вращение ротора зависит от движения водяного потока. Но и при медленном вращении такой генератор должен вырабатывать электрический ток стандартной частоты f = 50 Гц.
Поэтому для каждой гидроэлектростанции конструируется свой генератор, на определенное число магнитных полюсов на роторе.
В качестве примера приведем параметры синхронного генератора, работающего на Днепровской ГЭС.
Водяной поток вращает ротор генератора с частотой n = 33,3 об / мин. Задавшись частотой f = 50 Гц, определим число пар полюсов на роторе:

Принцип действия синхронного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Ротор с магнитными полюсами создает вращающееся магнитное поле, кото-рое, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. При подключении к генератору нагрузки генератор будет являться источником переменного тока.

6.2. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Как было показано выше, величина наводимой в обмотке статора ЭДС количественно связана с числом витков обмотки и скорости изменения магнитного потока:

Переходя к действующим значениям, выражение ЭДС можно записать в виде:

где n — частота вращения ротора генератора,
Ф — магнитный поток,
c — постоянный коэффициент.
При подключении нагрузки напряжение на зажимах генератора в разной степени меняется. Так, увеличение активной нагрузки не оказывает заметного влияния на напряжение. В то же время индуктивная и емкостная нагрузки влияют на выходное на-пряжение генератора. В первом случае рост нагрузки размагничивает генератор и снижает напряжение, во втором происходит его подмагничивание и повышение напряжения. Такое явление называется реакцией якоря.
Для обеспечения стабильности выходного напряжения генератора необходимо регулировать магнитный поток. При его ослаблении машину надо подмагнитить, при увеличении — размагнитить. Делается это путем регулирования тока, подаваемого в обмотку возбуждения ротора генератора.

6.3. СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

6.3.1. КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Конструкция синхронного двигателя такая же, как и у синхронного генератора.
При подаче тока в трехфазную обмотку статора в нем возникает вращающееся магнитное поле. Частота вращения его определяется формулой:

где f — частота тока питающей сети,
р — число пар полюсов на статоре.
Ротор, являющийся часто электромагнитом, будет строго следовать за вращаю-щимся магнитным полем, т.е. его частота вращения n₂ = n₁.
Рассмотрим принцип действия синхронного двигателя на следующей условной модели (рис. 6.3.1.). Пусть магнитное поле статора будет смоделировано системой вращающихся магнитных полюсов N — S.

Ротор двигателя тоже представляет собой систему электромагнитов S — N, кото-рые "сцеплены" с полюсами на статоре. Если нагрузка на двигателе отсутствует, то оси полюсов статора будут совпадать с осями полюсов ротора ( = 0).
Если же к ротору подключена механическая нагрузка, то оси полюсов статора и ротора могут расходиться на некоторый угол .
Однако "магнитное сцепление" ротора со статором будет продолжаться, и частота вращения ротора будет равна синхронной частоте статора (n₂ = n₁). При больших значениях ротор может выйти из "сцепления" и двигатель остановится.
Главное преимущество синхронного двигателя перед асинхронным — это обеспечение синхронной скорости вращения ротора при значительных колебаниях нагрузки.

6.3.2. СИСТЕМА ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Как мы показали выше, синхронное вращение ротора обеспечивается "магнитным сцеплением" полюсов ротора с вращающимся магнитным полем статора.
В первый момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора возникает практически мгновенно. Ротор же, обладая значительной инерционной массой, прийти в синхронное вращение сразу не сможет. Его надо "разогнать" до подсинхронной скорости каким-то дополнительным устройством.
Долгое время роль разгонного двигателя играл обычный асинхронный двигатель, механически соединенный с синхронным.
Ротор синхронного двигателя приводится во вращение до подсинхронной скорости. Далее двигатель сам втягивается в синхронизм.
Обычно мощность пускового двигателя составляет 5-15 % от мощности синхронного двигателя. Это позволяет пускать в ход синхронный двигатель только вхолостую или при малой нагрузке на валу.
Применение пускового двигателя мощностью, достаточной для пуска синхронного двигателя под нагрузкой делает такую установку громоздкой и дорогой.
В последнее время используется так называемая система асинхронного пуска синхронных двигателей. С этой целью в полюсные наконечники забивают стержни, напоминающие собою короткозамкнутую обмотку асинхронного двигателя (рис. 6.3.2.1).

В начальный период пуска синхронный двигатель работает как асинхронный, а в последующем — как синхронный. В целях безопасности обмотку возбуждения в начальном периоде пуска закорачивают, а на заключительном подключают к источнику по-стоянного тока.

6.4. РЕАКТИВНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В лабораторной практике, в быту и в маломощных механизмах применяют так называемые реактивные синхронные двигатели.
От обычных классических машин они отличаются лишь конструкцией ротора. Ротор здесь не является магнитом или электромагнитом, хотя по форме напоминает собой полюсную систему.
Принцип действия реактивного синхронного двигателя отличен от рассмотренного выше. Здесь работа двигателя основана, на свободной ориентации ротора таким образом, чтобы обеспечить магнитному потоку статора лучшую магнитную проводимость (рис. 6.4.1).

Действительно, если в какой-то момент времени максимальный магнитный поток будет в фазе А — X, то ротор займет положение вдоль потока ФА. Через 1/3 периода максимальным будет поток в фазе В — У. Тогда ротор развернется вдоль потока ФВ. Еще через 1/3 периода произойдет ориентация ротора вдоль потока. ФС. Так непрерывно и синхронно ротор будет вращаться с вращающимся магнитным полем статора.
В школьной практике иногда, при отсутствии специальных синхронных двигателей, возникает необходимость в синхронной передаче.
Эту проблему можно решить с помощью обычного асинхронного двигателя, если придать ротору следующую геометрическую форму (рис. 6.4.2).

6.5. ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Этот тип двигателя является машиной постоянного тока, хотя принцип действия его напоминает синхронный реактивный двигатель.
Как видно из рис. 6.5.1, статор двигателя имеет шесть пар выступающих полюсов.

Каждые две катушки, расположенные на противоположных полюсах статора, образуют обмотку управления, включаемую, в сеть постоянного тока. Ротор — двухполюсный.
Если подключить к источнику постоянного тока катушки полюсов 1 — 1′, то ротор расположится вдоль этих полюсов. Если задействовать катушки полюсов 2 — 2′, а ка-тушки полюсов 1 — 1′ обесточить, то ротор повернется и займет положение вдоль полю-сов 2 — 2′. Такой же поворот ротора произойдет, если включить в сеть катушки полюсов 3 — 3′. Так, шагами, ротор будет "следовать" за своей обмоткой управления.
Преимуществом шаговых двигателей является то, что в них совершенно отсутствует "самоход". Они поворачиваются и строго фиксируются с шагом, пропорциональ-ным числу полюсов на статоре. Это качество делает его незаменимым в особо точных механизмах (для привода часов, механизмов подачи ядерного топлива в реакторах, в станках с ЧПУ и т.д.).
Управление шаговыми двигателями ведется с применением различных электронных устройств (триггеров Шмидта и др.).

6.6. КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Безколлекторные асинхронные и синхронные двигатели при многих положительных качествах имеют существенные недостатки. Они не допускают достаточно плавного и экономичного регулирования вращения.
Этот пробел частично восполняют коллекторные двигатели переменного тока.
Коллекторные двигатели бывают однофазными и трехфазными.
Ротор однофазного коллекторного двигателя выполнен в виде цилиндра с фазными обмотками, статор — явнополюсный.
Так как обмотка полюсов статора, подключаемая к сети переменного тока, создает пульсирующее магнитное поле, то все элементы магнитной цепи машины набираются из отдельных листов электротехнической стали.
Вращающий момент в однофазном коллекторном двигателе создается взаимодействием токов в обмотке ротора с магнитным потоком полюсов. На рис. 6.6.1- показана схема подключения к сети коллекторного двигателя.

Коллекторные двигатели могут работать как от сети переменного тока, так и от сети постоянного тока. Это обстоятельство послужило для присвоения им наименования универсальных коллекторных двигателей. Коллекторные двигатели широко при-меняются для привода швейных машин, пылесоса и т.д.