На рис. 3.46 представлені ескізи узагальненої конструкції класичної електричної машини [29] – електродвигуна або генератора. Нерухома частина машини – це статор 1, рухлива або обертається частина – Ротор 2. Ротор розташовується в так званій розточуванню статора і відділений від нього повітряним зазором. Одна із зазначених частин машини забезпечена елементами, збудливими в машині магнітне поле (наприклад, електромагніт чи постійний магніт), інша має обмотку, яку будемо умовно називати робочою обмоткою машини.

Рис. 3.46. Узагальнена структура електричної машини

Якщо електрична машина працює в режимі генератора, то при обертанні ротора під дією приводного двигуна в провідниках робочої обмотки наводиться ЕРС, і при підключенні навантаження виникає електричний струм.

Якщо ж електрична машина призначена для роботи в якості електродвигуна, то робоча обмотка підключається до мережі. При цьому струм, що виникає в провідниках обмотки, взаємодіє з магнітним полем, і на роторі виникають електромагнітні сили, що приводять ротор в обертання. Електрична енергія, споживана двигуном з мережі, перетвориться в механічну енергію, що витрачається на обертання якого-небудь механізму.

Можливі конструкції електричних машин, у яких робоча обмотка розташована на статорі, а елементи, що збуджують магнітне поле, – на роторі і навпаки. Принцип роботи машини при цьому однаковий.

На рис. 3.47 представлена ​​класифікація відомих типів електродвигунів.

Безколекторні (вентильні) машини – це в основному машини змінного струму. Вони поділяються на асинхронні і синхронні. У синхронних машинах частота обертання ротора дорівнює частоті обертання поля. З синхронних машин ми розглянемо крокові двигуни. В асинхронних машинах частота обертання ротора завжди менше частоти обертання поля. Синхронні машини використовуються в якості генераторів або двигунів.

Асинхронні машини використовуються як двигунів. Особливості конструкції асинхронних двигунів змінного струму полягає в наступному (рис. 3.48).

Рис. 3.48. Асинхронний двигун змінного струму

Рис. 3.47. Класифікація електродвигунів

У статорі є поздовжні пази обмотки (3 фази). Ротор асинхронної машини складається з вала 1, сердечника 2 і обмотки 3. Обмотка ротора являє собою короткозамкнутую конструкцію, що складається з восьми алюмінієвих стрижнів, розташованих в поздовжніх пазах сердечника ротора, замкнутих по торцях ротора алюмінієвими кільцями. При включенні обмотки статора в мережу виникає обертове магнітне поле статора. Воно наводить в обмотці ротора ЕРС і отже, струми. За правилом лівої руки електромагнітні сили обертають ротор у напрямку руху магнітного поля.

Типовим прикладом сімейства синхронних електричних машин є генератори електростанцій. Синхронними двигунами, широко вживаними в апаратурі, є крокові двигуни. Розглянемо їх детальніше.

Крокові (імпульсні) двигуни використовуються в якості виконавчих двигунів, що перетворюють електричні сигнали (імпульси напруги) в кутові або лінійні дискретні переміщення (кроки). Обмотку управління крокових двигунів зазвичай розташовують на статорі і роблять одне багатофазної. Найчастіше її роблять трьох чотирьохфазної. Розглянемо роботу трифазного крокової двигуна [29] (рис. 3.49).

Рис. 3.49. Принцип роботи трифазного крокової двигуна

При проходженні імпульсу струму у фазі 1 обмотки управління ротор займає положення, відповідне дії електромагнітних сил, тобто по осі полюсів 1 – 1. В момент часу з’явиться імпульс струму в фазі 2. При цьому на ротор будуть діяти сили, обумовлені одночасним впливом двох МДС (полюса 1 – 1 і 2 – 2). В результаті ротор повернеться за годинниковою стрілкою і займе проміжне положення між полюсами 1 – 1 і 2 – 2 (тобто повернеться на крок аш = 30 °). У момент часу t2 імпульс струму в фазі 1 припиниться і ротор, зробивши ще один крок, аш = 30 °, займе положення по осі полюсів 2 – 2 і т.д.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.