12. Вращающееся магнитное поле статора

МП статора. Вращающееся магнитное поле статора образуется при протекании трёхфазного тока в обмотках статора, оси которых смещены в пространстве на 120°/p. На рис. 20.4,б стрелкой показано направление магнитного поля трех сдвинутых на 120° обмоток статора AX,BY,CZ, подключенных к трех фазнной сети. Построение (рис. 20.4 б) выполнено для трех моментов времени (1-3), отмеченных на рис 20.4, а. Направление токов указано точкой и крестиком, направление магнитного поля определено по правилу буравчика. Как видно из рис. 20.4, б, для p=1 результирующее магнитное поле вращяется в пространстве с частатой Ω0=ω. Обмотка статора, так же как и ротора, может образовывать много магнитных полюсов. При этом каждая фаза обмотки делится на p частей, разнесенных по внутренней поверхности статора. За один период изменения синусоидального тока оси магнитных полюсов перемещается в пространстве на угол 2π/p. Частота вращения магнитного поля зависит от частоты переменного тока в обмотках и числа пар полюсов:

Вращающееся магнитное поле может быть обозначено также двухфазной обмоткой (рис. 20.5) , если оси фазных обмоток взаимно перпендикулярны, а токи i1 и i2 сдвинуты в них по фазе на угол π/2. Отклонение от симметричности системы токов приводит к эллиптичности вращающегося магнитного поля (рис, 20.6).

Направление вращения магнитного поля определяется порядком чередования фаз. Вектор максимальной магнитной индукции перемещается в сторону оси катушки с отстающим по фазе током. Результирующее магнитное поле машины создаётся при наложении магнитных полей статора и ротора. На рис. 20.7 показаны относительные положения осей магнитного поля ротора и результирующего магнитного поля статора и ротора в генераторном (θ < 0) и двигательном (θ > 0) режимах их работы и при холостом ходе ( θ = 0). У асинхронных машин Ω≠Ω0, у синхронных Ω=Ω0

4. Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя.

Токи обмоток статора, подключенных к трехфазной сети, возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора, которое индуктирует ЭДС в замкнутой накоротко (или пусковыми реостатами) обмотке ротора. Токи ротора, возникающие под действием ЭДС, возбуждают вращающееся магнитное поле ротора. Частота и направление вращения этих полей одинаковы, что обуславливает результирующее вращающееся магнитное поле, называемое рабочим полем машины.

Рассмотрим характеристики вращающегося магнитного поля статора, полагая, что цепь ротора разомкнута. Характеристики этого поля зависят от геометрического расположения фазных обмоток на статоре машины.

• Двухполюсное вращающееся поле. Для получения двухполюсного вращающегося поля необходимо три одинаковые фазные обмотки расположить на статоре так, чтобы углы между их осями были равны 120º. Если фазные обмотки соединить звездой и подключить к трехфазной сети питания, то токи в витках катушек будут равны

Токи фазных обмоток создают магнитные поля.

Сумма векторов этих магнитных индукций образует магнитную индукцию поля статора. Опишем поле статора через его составляющие по двум взаимно перпендикулярным осям x и y, причем оси x дадим направление оси катушки фазы А.

Составляющая индукции магнитного поля вдоль оси x равна алгебраической сумме проекций на эту ось мгновенных значений трех индукций:

Подставив выражения индукций из (2), получим

Составляющая индукции магнитного поля по оси y

или после подстановки значений индукции из (2)

Таким образом, магнитная индукция поля статора

т.е. ее значение постоянно. Угол α, образуемый магнитными линиями поля с осью y, определяется условием

т.е.

Следовательно, магнитное статора вращается в плоскости осей катушек по направлению движения часовой стрелки с угловой скоростью ω. Вектор индукции поля последовательно совпадает по направлению с осью той из фазных обмоток, ток в которой достигает максимального значения, т.е. поле вращается в направлении последовательности фаз трехфазной системы токов в трехфазных обмотках.

Чтобы изменить направление вращения магнитного поля статора, достаточно изменить порядок подключения двух любых фазных обмоток Ас.М. к трехфазному источнику электрической энергии.

фазных обмоток на статоре машины.

• Многополюсное вращающееся поле. В многополюсной обмотке статора каждой паре полюсов вращающегося поля соответствует одна катушечная группа в каждой обмотке, т.е. всего три катушечные группы для трехфазных обмоток. Следовательно, если поле должно иметь р пар полюсов, то все три фазные обмотки статора должны быть разделены на k=3р равных частей, т.е. р частей на каждую фазу.

Токи обмоток статора, подключенных к трехфазной сети, возбуждают в машине вращающееся магнитное поле статора, которое индуктирует ЭДС в замкнутой накоротко (или пусковыми реостатами) обмотке ро­тора. Токи ротора, возникающие под действием этой ЭДС, возбужда­ют вращающееся магнитное поле ротора. Частота и направление враще­ния этих полей одинаковы, что обусловливает результирующее вращаю­щееся магнитное поле, называемое рабочим полем машины.

Рассмотрим характеристики вращающегося магнитного поля стато­ра, полагая, что цепь ротора разомкнута. Характеристики этого поля зависят от геометрического расположения фазных обмоток на статоре машины.

А. Двухполюсное вращающееся поле. Для получения двухполюсного вращающегося поля необходимо три одинаковые фазные обмотки рас­положить на статоре так, чтобы углы между их осями были равны 120°. На рис. 14.8, а каждая фазная обмотка условно показана в виде одно- витковой секции и обозначено: А, В, С - начала, X, Y, Z - концы об­моток. Если фазные обмотки соединить звездой (рис. 14.8, б) (или треугольником) и подключить к трехфазной сети питания, то токи в витках катушек (рис. 14.8, в) будут равны

Токи фазных обмоток создают магнитные поля. На рис. 14.8, а по правилу буравчика (см. рис. 2.1) показаны направления векторов ин­дукции магнитных полей, создаваемых каждой катушкой вдоль своей оси:

Сумма векторов этих магнитных индукций образует магнитную ин­дукцию поля статора.

Опишем поле статора через его составляющие по двум взаимно перпендикулярным осям х и y, причем оси х дадим направление оси катушки фазы А.

Таким образом, магнитная индукция поля статора

т. е. ее значение постоянно. Угол α, образуемый магнитными линиями поля с осью у (рис. 14.8, г), определяется условием

Следовательно, магнитное поле статора вращается в плоскости осей катушек по направлению движения часовой стрелки с угловой ско­ростью ω. Вектор индукции поля последовательно совпадает по направ­лению с осью той из фазных обмоток, ток в которой достигает макси­мального значения, т. е. поле вращается в направлении последовательно­сти фаз трехфазной системы токов в фазных обмотках.

Б. Многополюсное вращающееся поле. В многополюсной обмотке статора каждой паре полюсов вращающегося поля соответствует одна катушечная группа в каждой фазной обмотке, т. е. всего три катушеч­ные группы для трех фазных обмоток. Следовательно, если поле долж­но иметь р пар полюсов, то все три фазные обмотки статора должны быть разделены на

к = Зр

равных частей, т. е. р частей на каждую фазу

В качестве примера на рис. 14.10 дана упрощенная схема обмотки статора шестиполюсной машины (р = 3). В данном случае все фазные обмотки разделены на Зр = 9 частей, т. е. каждая фазная обмотка — на три части. Каждая катушечная группа фазной обмотки изображена в виде одновитковой секции, причем соединения даны только для фа­зы А и на тыльной торцевой стороне статора показаны штриховой линией. Стороны такой катушечной группы сдвинуты по окружности статора на угол 180°/р, что соответствует одному полюсному деле­нию τ. В частности, для шестиполюсной машины этот угол 180°/3 = 60°. На рис. 14.10 изображены также кривые мгновенных значений токов i_A, i_B, i_c статора. Распределение магнитного поля дано для четырех различных моментов t₁-t₄.