Уткин Владимир. Трансформатор из синхронного двигателя и синхронный двигатель из трансформатора

ТРАНСФОРМАТОР ИЗ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ИЗ ТРАНСФОРМАТОРА

Владимир Уткин u.v@bk.ru

Статья "головоломка" в которой читателям предлагается ответить на вопрос: "Возникнут ли новые свойства у синхронного двигателя если в нём домотать вторичную обмотку (как у трансформатора) и подключить к ней электрическую нагрузку?"

Для начала напомним в самом общем виде принцип работы синхронного двигателя. Если взять катушку индуктивности L, обладающую малым индуктивным сопротивлением на частоте , то ее подключение к источнику переменного напряжения приведет к появлению в окружающем пространстве переменного магнитного поля. Это ещё не синхронный двигатель, но это его основа. Так устроена простейшая катушка для размагничивания деталей - Рис.1.

0x01 graphic

Рис.1 Упрощенная схема катушки для размагничивания.

Такая катушка потребляет энергию от источника (сети), энергия идет на создание переменного магнитного поля. Если в это переменное магнитное поле поместить магнит (магниты) способный вращаться синхронно с полем, то получим простейший синхронный двигатель - Рис.2.

0x01 graphic

Рис.2 Упрощенная схема синхронного двигателя.

В режиме холостого хода катушка синхронного двигателя энергию от сети почти не потребляет, так как вращение магнита (магнитов) приводит к генерации в катушке ЭДС, равной по фазе и величине питающему напряжению сети (или почти равной). Что зависит от силы магнитов.

1. Если магнит (магниты) слабые, то получается так называемый недовозбужденный режим синхронного двигателя. В этом случае магниты создают слабую ЭДС, не способную компенсировать напряжение источника и по первичной катушке продолжает течь ток от источника.

2. Если магниты достаточно сильные, то они создают ЭДС, достаточную для компенсации напряжения источника. В этом случае ток от сети почти не течет, что соответствует нормальному возбуждению синхронного двигателя на холостом ходу.

3. Если магниты очень сильные, то возникает режим перевозбуждения, когда ток опережает напряжение. Что иногда используется для компенсации индуктивных потерь.

При подключении механической нагрузки появляется потребление энергии от сети, так как фаза ЭДС отстаёт от фазы сети. Чем сильнее отставание, тем больший ток течёт по катушке, создавая более сильное магнитное поле, которое сильнее тянет за собой магнит (магниты). Так вкратце работает синхронный двигатель. Он хорошо изучен и описан в технической литературе. Но, мы хотим модифицировать синхронный двигатель, чтобы получить устройство с новыми свойствами. Например, добавив в конструкцию синхронного двигателя выходную катушку как в трансформаторе - Рис.3.

0x01 graphic

Рис.3 Упрощённая схема модифицированного синхронного двигателя.

В этом случае двигатель сможет работать и как трансформатор. Однако, первичная катушка такого трансформатора останется прежней, то есть с малым индуктивным сопротивлением. Как следствие, трансформатор будет иметь большой ток холостого хода при заторможенном валу двигателя. Если же валу двигателя позволить свободно вращаться, то ток холостого хода уменьшится, и трансформатор будет похож на обычный трансформатор с малым током холостого хода. И будет работать как обычный трансформатор.

Следовательно, подключение электрической нагрузки к такому трансформатору приведёт к появлению тока в катушках. А ток создаст магнитное поле. И чем больше будет ток, тем большее магнитное поле он будет создавать (то есть, поле, вызываемое электрической нагрузкой). И тем больше вращающийся магнит (магниты) будет "привязан" к этому полю. которое будет тянуть за собой магнит (магниты). Поэтому возникает следующий вопрос: "Подключение электрической нагрузки в таком устройстве вызовет увеличение механической мощности на валу синхронного двигателя или нет?" Читателям предстоит ответить на этот вопрос.

Пока ответа на поставленный вопрос нет, рассмотрим другой вариант объединения синхронного двигателя и трансформатора. Но, уже на основе трансформатора. В этом случае катушка L должна обладать большим индуктивным сопротивлением на частоте (как в обычном трансформаторе). В этом случае её подключение к источнику переменного напряжения не приведет к появлению в окружающем пространстве существенного магнитного поля, по причине несущественного тока, протекающего через катушку. Синхронный двигатель на основе такой катушки не создать. Но в модифицированном устройстве у нас должна быть ещё, и вторичная катушка L₁.Если ко вторичной катушке L₁ подключить нагрузку R, то в окружающем пространстве возникнет магнитное поле, связанное с протеканием тока нагрузки по катушке. То есть, то что надо для синхронного двигателя. Величина поля будет зависеть от величины тока нагрузки. Чем больше ток, тем более сильнее магнитное поле возникнет. Если в это поле поместить магнит (магниты), то он сможет синхронно вращаться с изменением поля, то есть изменением напряжения сети. Получим разновидность синхронного двигателя, показанного на Рис.4, но потенциально работоспособного только при подключении электрической нагрузки. Он внешне сходен с вариантом, показанным на Рис.3, однако построен на другом принципе. То есть, на основе трансформатора.

Допустим, что это верно. Тогда вращение магнита (магнитов) приведёт к возникновению ЭДС, которая будет уменьшать ток потребляемый от сети и влиять на электрическую нагрузку. Возникает вопрос: "К чему это может привести, если механическая нагрузка на валу отсутствует?" Иными словами, как поведёт себя ток в электрической нагрузке и потребление энергии от сети при синхронном вращении магнита (магнитов) и отсутствии механической нагрузки?

0x01 graphic

Рис.4 Упрощенная схема синхронного двигателя на основе трансформатора.

Предполагаемые варианты ответа такие: "Потребление уменьшится, и ток в нагрузке уменьшится, магнит (магниты) будет вращаться. Потребление уменьшится, но ток в нагрузке не уменьшится, магнит(магниты) будут вращаться.

Читателям остаётся выбрать правильный вариант ответа, либо предложить свой вариант. Из всех предполагаемых вариантов ответа наиболее интересен вариант, когда потребление от сети уменьшится, но ток через нагрузку не уменьшится. Но, возможно ли это? На этот вопрос и предстоит ответить читателям.

Надеемся, что данная статья "головоломка" заинтересовала читателей и им захочется найти правильные ответы.

Оставить комментарий © Copyright Уткин Владимир (u.v@bk.ru) Размещен: 18/06/2024, изменен: 18/06/2024. 7k. Статистика. Статья: Естествознание Иллюстрации/приложения: 4 шт. Скачать FB2		Ваша оценка:
Аннотация: Статья "головоломка" в которой читателям предлагается ответить на вопрос: "Возникнут ли новые свойства у синхронного двигателя если в нём домотать вторичную обмотку (как у трансформатора) и подключить к ней электрическую нагрузку?"

Уткин Владимир : другие произведения.

Трансформатор из синхронного двигателя и синхронный двигатель из трансформатора