Синхронні електродвигуни змінного струму
Особливість дії перших синхронних електродвигунів змінного струму полягала в тому, що для підтримки обертання двигуна йому заздалегідь необхідно надати певний обертальний момент, величина якого визначалася частотою змінного струму. Після цього змінний струм підтримуватиме частоту обертання двигуна, синхронну з частотою змінного струму. Якщо після цього надати двигуну гальмівний момент, то залежно від величини цього моменту обертання може або відновитися, або поступово згаснути. Саме такий синхронний двигун змінного струму «Ганца і К°» наведено на мал.1.
Він складається з кільцеподібного багатополюсного магніта із полярностями, що змінюються під дією змінного струму, а також розташованого на осі зіркоподібного електромагніту, що обертається. Для збудження цього рухомого електромагніту робочий змінний струм двигуна перетворюється в постійний за допомогою розташованого на осі спеціального комутатора зі струмоз’ємними вугільними щітками. У момент початкового пуску такий двигун приходить у дію як двигун постійного струму. І лише при досягненні ним швидкості, відповідної синхронному ходу, починає працювати як синхронний двигун змінного струму. Така конструкція забезпечувала, за даними фірми «Ганца і К°», коефіцієнт корисної дії до 80%, чого двигуни постійного струму не досягали навіть приблизно.
Крім того, двигун «Ганца і К°» не змінював своєї швидкості обертання при зміні навантаження на валу, змінювалася лише величина споживаного струму.
Мал. 9.24. Синхронний двигун змінного струму «Ганца і К°»
Проте таким синхронним двигунам змінного струму властивий той недолік, що синхронність ходу повинна бути встановлена до прийняття навантаження, після чого двигун готовий почати роботу. При значних перевантаженнях синхронність ходу порушувалася аж до повної зупинки двигуна, що вельми обмежувало сферу його застосування.
У 1870 р. була розроблена конструкція асинхронних двигунів змінного струму, позбавлених вищезгаданого недоліку. Поява такого двигуна, ще званого індукційним, дозволила за наявності систем розподілу і трансформації змінного струму надзвичайно розширити сферу практичного застосування електричної енергії.
У дуже спрощеному вигляді принцип дії індукційних двигунів змінного струму заснований на ефекті виникнення магнітного поля, що обертається, яке одержується від дії двох змінних струмів, зсунутих по фазі на 1/4 частину періоду (мал.2). До відкриття ефекту магнітного поля, що обертається, в сучасному його розумінні прийшли незалежно один від одного італійський учений Галілео Ферраріс та сербський учений і винахідник Ніколо Тесла. Спосіб отримання магнітного поля, що обертається, Ферраріс знайшов у 1885 році, а вперше повідомив про своє відкриття в доповіді Туринській академії наук в березні 1888 року. Двома місяцями пізніше, в травні того ж року, з викладом сутності своїх відкриттів в Американському інституті інженерів-електриків виступив Тесла, хоча ідея щодо безколекторного електродвигуна змінного струму у нього з’явилася ще в 1882 році.
Мал. 2. Ефект виникнення магнітного поля, що
обертається, від дії двох змінних струмів,
зсунутих по фазі на 1/4 частину періоду