7 Електричні машини
7.1 Загальні відомості
Електрична машина - електромагнітний пристрій, що складається зі статора й ротора, і перетворює механічну енергію в електричну (генератори) або електричну в механічну (електричні двигуни).
Принцип дії електричних машин заснований на законах електромагнітної індукції, Ампера і явищі обертового магнітного поля.
Відповідно до закону електромагнітної індукції, відкритому М. Фарадеєм в 1831 р., у провіднику, що поміщен у магнітне поле й рухається відносно нього зі швидкістю V наводиться ЕРС E , напрямок якої визначається правилом правої руки (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Ілюстрація до закону електромагнітної індукції (а), і закону Ампера (б)
Якщо
провідник довжиною 
рівномірно
рухається перпендикулярно силовим
лініям магнітного поля, то значення
наведеної в провіднику ЕРС дорівнює
,
(7.1)
де В - індукція магнітного поля.
Відповідно
до закону Ампера на провідник зі струмом
,
поміщений у магнітне поле, діє сила,
напрямок якої визначається правилом
правилом лівої руки, а значення - формулою:
,
(7.2)
де
напрямок струму 
,
магнітної індукції 
и
сили 
взаємно
перпендикулярні.
7.2 Обертове магнітне поле
Важливою перевагою трифазного струму є можливість одержання обертового магнітного поля, що лежить в основі принципу дії електричних машин - асинхронних і синхронних двигунів трифазного струму.
Рис. 7.2. Схема розташування котушок при одержанні обертового магнітного поля (а) і часова діаграма трифазної симетричної системи струмів, що протікають по котушках (б)
Обертове
магнітне поле одержують, пропускаючи
трифазну систему струмів (рис. 7.2,б) по
трьох однакових котушках А,В,
(рис.
7.2,а), осі яких розташовані під кутом
120º відносно один одного.
На
рис. 7.2,а показані позитивні напрямки
струмів у котушках і напрямку індукцій
магнітних полів
,
створюваних кожної котушок окремо.
Рис. 7.3. Напрямок індукції обертового магнітного поля в різні моменти часу
На
рис. 7.3 показані дійсні напрямки струмів
для моментів часу 
та
напрямлення індукції результуючого
магнітного поля
,
створюваного трьома котушками.
Аналіз малюнка 7.3 дозволяє зробити такі висновки:
- індукція
результуючого
магнітного поля із плином
часу
міняє свій напрямок (обертається);
- частота обертання магнітного поля така ж, як і частота зміни струму. Так, при f =50 Гц обертове магнітне поле робить п'ятдесят обертів у секунду або три тисячі обертів у хвилину.
Значення індукції результуючого магнітного поля постійно:
,
де
–
амплітуда індукції однієї котушки.
7.3 Асинхронні машини
7.3.1 Принцип дії асинхронного двигуна (ад).
Помістимо між нерухомими котушками (рис. 7.4) в області обертового магнітного поля укріплений на осі рухливий металевий циліндр - ротор.
Нехай магнітне поле обертається «за годинниковою стрілкою», тоді циліндр щодо обертового магнітного поля обертається у зворотному напрямку.
З огляду на це, за правилом правої руки знайдемо напрямок наведених у циліндрі струмів.
На рис. 7.4 напрямки наведених струмів (уздовж утворюючої циліндра) показані хрестиками («від нас») і крапками («до нас»).
Застосовуючи правило лівої руки (рис. 7.4,б) одержуємо, що взаємодія наведених струмів з магнітним полем породжує сили F , що приводять в обертовий рух ротор у тім же напрямку, у якому обертається магнітне поле.
Частота
обертання ротора 
менша від частоти обертання магнітного
поля 
,
тому
що при однакових кутових швидкостях
відносна швидкість ротора й обертового
магнітного поля дорівнювала б нулю і в
роторі не було б наведених ЕРС і струмів.
Отже, не було б сил F,
що
створюють
обертаючий момент. Розглянутий
найпростіший пристрій пояснює принцип
дії асинхронних
двигунів. Слово
«асинхронний» (грецькою) означає
неодночасний. Цим словом підкреслюється
розходження в частотах обертового
магнітного поля й ротора - рухомої частини двигуна.
Рис. 7.4. До принципу дії асинхронного двигуна
Обертове магнітне поле, створюване трьома котушками, має два полюси й називається двухполюсним обертовим магнітним полем (одна фаза полюсів).
За один період синусоїдального струму двухполюсне магнітне поле робить один оберт. Отже, при стандартній частоті f =50 Гц це поле робить три тисячі обертів у хвилину. Швидкість обертання ротора дещо менша від цієї синхронної швидкості.
У тих випадках, коли потрібний асинхронний двигун з меншою швидкістю, застосовується багатополюсна обмотка статора, яка складається із шести, дев'яти й т.д. котушок. Відповідно обертове магнітне поле буде мати дві, три й т.д. пари полюсів.
У загальному випадку, якщо поле має р пар полюсів, то його швидкість обертання
