Создание вращающегося магнитного поля

Индукция в воздушном зазоре электрической машины переменного тока определяется распределением МДС вдоль окружности статора. Если пренебречь магнитным сопротивлением стальных участков магнитной цепи машины, то при равномерном воздушном зазоре δ кривая распределения индукции В_δ в воздушном зазоре , называемая кривой магнитного поля машины, будет иметь такой же вид, как кривая распределения МДС.

Магнитное поле электрической машины зависит от типа применяемых обмоток – оно может быть пульсирующим или вращающимся.

Пульсирующее поле. При питании переменным током однофазной обмотки возникает магнитное поле, пульсирующее во времени с частотой ω изменения тока. В этом случае, при синусоидальном распределении МДС, в каждой точке воздушного зазора, расположенной на расстоянии х от оси обмотки, действует МДС

где - МДС в точке, расположенной на оси обмотки.

Преобразовав:

Каждое выражение правой части – уравнение бегущей (или вращающейся) волны МДС. Следовательно, пульсирующее магнитное поле, синусоидально распределенное в пространстве, можно представить в виде суммы двух магнитных полей, вращающихся в противоположных направлениях, в каждом из которых максимальные значения результирующей МДС и результирующей индукции остаются неизменными в различные моменты времени. При этом бегущие волны МДС.

,

- поле, вращающееся против часовой стрелки

- поле, по часовой стрелке.

Следовательно, если каждое из этих полей представить в виде пространственного вектора МДС , то его конец будет описывать окружность, поворачиваясь на 360 эл.град. за один период изменения тока. Такое поле называется круговым.

При круговом поле электрическая машина имеет лучшие показатели (КПД, Cosφ и др.), чем при других видах вращающегося магнитного поля. Поэтому машины выпускают так, чтобы можно было создать круговое поле.

Круговое вращающееся поле при трехфазной обмотке. В 3-фазной машине на статоре расположена симметричная трехфазная обмотка, у которой оси фаз АХ, ВУ и СZ сдвинуты в пространстве на угол 120⁰; при питании ее 3-фазн.симметр.током получим круговое вращающееся поле.

На рисунке обмотки показаны сосредоточенными, но распределение МДС, образуемое каждой фазой считаем синусоидальным.

Так как фазы обмотки смещены на , а токи сдвинуты во времени на , то выражение для составляющих МДС в точке х от каждой из фаз:

Результирующую МДС в точке х можно получить путем сложения отдельных ее составляющих F_xA, F_xB, F_xC. При этом обратновращающиеся волны МДС исчезают, а результирующая МДС

Уравнение бегущей волны позволяет в любой момент времени t найти точку х, в которой МДС максимальна и равна 1,5F_m. Для этого нужно принять значение ωt – πх/τ= π/2 и решить это уравнение относительно х. Заменяя ω=2 πf , получим

х=0,5 τ (4f t -1)

При этом линейная скорость перемещения результирующей волны МДС, т.е. вращающегося магнитного поля

v₁= dx/dt = 2 τ f,

т.е. за один период магнитное поле проходит пару полюсов.

Частота вращения магнии тного поля, об/мин

.

Следовательно, изменяя число полюсов электрической машины 2р можно получать различные частоты вращения магнитного поля.

Круговое вращающееся поле при двухфазной обмотке В 2-х фазной электрической машине круговое вращающее поле возникает, если оси фаз АХ и ВУ сдвинуты в пространстве на половину полюсного деления τ, т.е. на 90⁰, а питающие напряжения (токи отдельных фаз и ) сдвинуты во времени на 90⁰.

Уравнение бегущей волны:

Частота вращения поля, образованного двухфазной обмоткой, определяется также, как и для трехфазной. Для изменения направления вращения поля следует изменить порядок чередования тока в фазах обмотки, т.е. переключить провода, присоединяющие фазы обмотки к сети.

Общий случай кругового вращающегося поля. В общем случае, когда по симметричной m-фазной обмотке протекают переменные токи, сдвинутые на угол 2π/m, уравнение бегущей волны МДС имеет вид

.

Т.о. несимметричная многофазная обмотка также может создавать круговое вращающееся поле, если на ее фазы подать определенным образом подобранную m-фазную несимметричную систему токов.