Электричество шаг за шагом

Сидя в удобном кресле, почитывая свежую газету при мягком свете торшера, попивая при этом прохладный, из холодильника, яблочный сок и слушая тихую мелодию, плывущую из музыкального центра, мы готовы, если кто-нибудь напомнит, поразмышлять об удобствах, которые приносит нам электричество. Но при этом надо бы ещё подумать и о тех немалых благах — автомобилях, добротной одежде, изобилии продуктов, туристических комплексах на морском берегу, — которые мы получаем тоже не без помощи электричества. В частности, с помощью огромного многообразия незнакомых нам электрических машин, приборов, аппаратов, работающих во всех без исключения отраслях науки и промышленности, — от автоматизированного производства лекарств до капитального строительства.

Одним словом, посмотришь вокруг и, как ни старайся, не увидишь ничего такого, в чём бы не было чего-нибудь электрического.

Т-181. Неутомимый работник — электрический двигатель. Из огромного множества помогающих человеку электрических машин и приборов самые массовые, то есть применяемые наиболее широко, это электрическая лампочка и электрический двигатель. Проблемы их разработки и использования постепенно сформировали две самостоятельные области, как в технике и технологии, так и в серьёзной науке, это светотехника и электропривод. Последняя названная область занимается, в частности, тем, что исследует, как именно, каким способом электрическая машина приводит и может приводить в движение самые разные механизмы, скажем, станки или электропоезда. И, конечно, электропривод — это и сами электродвигатели, которых существует огромное разнообразие, как по мощности (от милливатт до нескольких тысяч киловатт), так и по способу электропитания и принципу действия.

Особо часто используется неприхотливый, сравнительно простой и с хорошими рабочими характеристиками трёхфазный асинхронный двигатель. В его статоре расположены три обмотки, создающие вращающееся магнитное поле. В случае если двигатель предназначен для однофазной сети (это то, что приходит в вашу квартиру, — квартирная сеть получает напряжение с одной фазы трёхфазного генератора), на помощь обмоткам статора приходит конденсатор. Он создаёт сдвиг фаз, то есть фактически создаёт второе, сдвинутое по фазе, напряжение, которое вместе с основным напряжением подводится к сдвинутым по окружности двум обмоткам статора, и вместе («вдвоём») они формируют вращающееся магнитное поле. У асинхронного двигателя небольшой мощности, примерно до 2 кВт, ротор, как правило, короткозамкнутый — в роторе расположены довольно толстые медные или алюминиевые проводники, торцы которых замкнуты кольцами (Р-94.3). Вся эта токопроводящая конструкция напоминает беличье колесо — круглую клетку, внутри которой белка, пытаясь бежать, перебирает лапками поперечные стержни и вращает таким образом клетку-колесо. В трёхфазном двигателе ток статорной обмотки наводит ток в короткозамкнутой обмотке ротора, этот роторный ток создаёт своё магнитное поле, и оно, схваченное вращающимся полем статора (Т-8), вращается вместе с ним, то есть заставляет вращаться ротор.

В мощных асинхронных двигателях обмотка статора нередко более сложная, она выводится на три контактных кольца и через них выходит во внешний мир. Это позволяет подключить к роторной обмотке реостаты и с их помощью менять в ней ток. В частности, его уменьшают в момент пуска, когда ток становится очень большим, и из-за этого асинхронный двигатель, который работает в режиме частых остановок и пусков, перегревается и может быстро выйти из строя. В маломощном двигателе такой проблемы нет, он быстро набирает обороты, и ток снижается до расчётной величины. Реостаты позволяют в некоторой степени менять характеристики двигателя, в частности, скольжение (а значит, и число оборотов), при котором у двигателя максимальный крутящий момент.