6.2. Вращающееся магнитное поле
Трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя получает энергию от трехфазной сети. Ее назначение - создать в магнитной цепи вращающееся магнитное поле. Для создания двухполюсного вращающегося магнитного поля необходимо создать пространственный сдвиг оси фазных обмоток на 120°. Предположим, что виток одной фазы обмотки статора двухполюсного асинхронного двигателя размещают в двух диаметрально противоположных пазах, магнитное поле изображено на рис.6.3.
Рис.6.3
.
Рис. 6.4
Такое распределение магнитной индукции нельзя назвать удачным. Двигатель имеет лучшие показатели, если индукция распределена вдоль зазора по закону, близкому к синусоидальному. Для получения такого распределения магнитной индукции обмотку укладывают в несколько пазов, и делают её с укороченным шагом, (рис.6.4.) Проводники второй и третьей фазы обмотки статора создают аналогичные поля, сдвинутые в пространстве на 120°.
Если одну фазу подключить к сети однофазного тока ƒ = 50 Гц, то магнитное поле этой фазы распределится вдоль воздушного зазора по синусоидальному закону, неподвижно в пространстве и изменяется во времени с частотой 50 Гц.
Обмотка статора соединяется в "звезду" или в "треугольник" и подключается к питающей трехфазной цепи. Сопротивление обмоток одинаково, в пазах статора они уложены симметрично. Амплитуды токов, текущих по обмотке одинаковы и сдвинуты во времени на Т/3. Эти токи создадут магнитные поля, также сдвинутые во времени на Т/3. Магнитные поля отдельных фаз, складываясь, дадут результирующее магнитное поле двигателя. Магнитная индукция результирующего поля будет распределена вдоль воздушного зазора так же по синусоидальному закону, ее амплитудное значение в 3/2 раза больше амплитуды магнитной индукции одной фазы В = 3/2Вф.
Результирующее магнитное поле вращается с постоянной скоростью вдоль воздушного зазора. Чтобы показать это построим картину магнитного поля для нескольких моментов времени периода синусоидального тока. Будем считать, что положительное направление фазное магнитное поле имеет в том случае, если ток течет от начала (А, В, С) к концу (X,Y,Z) фазной обмотки. График токов в фазных обмотках дан на рисунке 6.8.
Рис 6.5 Рис. 6.6
В момент времени t=0 ток в фазе A равен нулю и не создает магнитного поляiA = 0; BA = 0. Ток в фазе B меньше нуля iB<0, то есть течет от конца обмотки к началу (от Y к B).
Рис. 6.7
Магнитная индукция поля фазы B будет направлена противоположно направлению, указанному на рис. 6.7. Ток в фазе C положителен i>0, то есть течет от начала к концу (от C к Z). Направление вектора магнитной индукции положительно. Вектор магнитной индукции результирующего поля может быть получен как сумма векторов B и –B. Аналогично можно получить вектора магнитной индукции результирующего поля в моменты времени t2=T/3и t3=2π/3, принимая во внимание, что
при t2=T/3: iB=0; BB=0; ia>0; Ba>0; ic<0; Bc<0;
а при t3=2π/3: ic=0; Bc=0; ia<0; Ba<0; iB>0; BB>0.
Если сравнить картину магнитных полей и векторные диаграммы, можно убедиться, что за время, равное периоду T результирующее магнитное поле двухполюсного асинхронного двигателя повернется в пространстве на 360°, то есть сделает полный оборот.
Рис. 6.8
Угловая скорость вращения поля,
ω0= 2π/T= 2πƒ,
где ƒ - частота тока в статоре. Если n0 - скорость вращения поля (об/мин).
n0 = 60ƒ, при ƒ = 50 Гц; n0 = 3000 об/мин.
Скорость вращения магнитного поля двухполюсной асинхронной машины n0 = 3000 об/мин.
Часто двигатели выполняются с большим числом полюсов (4, 6 и т.д.). Обмотка каждой фазы статора в таких двигателях состоит из нескольких частей, которые соединены последовательно или параллельно (рис. 6.8 а). Если двигатель имеет, например, шесть полюсов, то за время t=T его поле повернётся на 120°.
В общем случае ω0= 2πƒ/p, где p - число пар полюсов. Отсюда n0 - скорость вращения магнитного поля у многополюсной машины n0=60ƒ/p.