2.8. Трёхфазная обмотка статора и её мдс

Рассмотрим простейшую трёхфазную обмотку, торцевая схема которой представлена на рис. 2.10. В многофазной симметричной обмотке начала фаз должны быть сдви­нуты друг относительно друга на одинаковые углы. Для трёхфазной обмотки эти углы =120°. При данном условии мгновенные значения фазных ЭДС будут сдвинуты во времени также на 120°. Так как каждая катушка фазы размещается в двух диаметрально расположенных пазах, то для реализации трёхфазной обмотки на статоре необходимо иметь = 6 паз ов. Угол между двумя соседними В С А п В С а А зами при этом будет составлять = 360/ = 360/6 = 60°. И тогда угол в зубцовых делениях между пазами, в которых располагаются начала соседних фаз будет определяться выражением = / = 120/60 = 2. Это значит, что, если начало фазы расположено в пазу 1, то начала фаз и будут располагаться в пазах 3 и 5. На рис. 2.11 представлена развёрнутая схема такой обмотки (в предположении, что поверхность расточки статора разрезана по образующей и развёрнута на плоскость). Буквами А, В, С обозначены начала фаз, а буквами X, Y, Z концы этих фаз.

2.9. Мдс трёхфазной обмотки статора

2.9.1. Ступенчатая кривая мдс трёхфазной обмотки

На основании закона полного тока построим кривую распределения МДС трёхфазной обмотки (рис.2.11). Построение кривой распределения МДС выполним для четырёх последовательных моментов времени. Соответствующие кривые представлены на рис. 2.12 а,б,в,г.

Звезда фазных токов А,В,С ориентирована относительно неподвижной оси времени t и вращается с угловой скоростью ω = 2πf₁. Тогда проекции фазных токов А,В,С на ось времени t будут определять мгновенные значения этих токов в некоторый момент времени.

На рис. 2.12 а кривая МДС построена для момента времени, когда ток фазы А положительный и имеет амплитудное значение, а токи фаз В и С отрицательны и составляют по значению половину тока фазы А. Условимся счи-

\

тать ток в фазе положительным, если внутри фазы он направлении от начала фазы к её концу.

При построении воспользуемся законом полного тока. При этом будем учитывать инвариантность кривой МДС относительно начала координат, и тогда построение кривой МДС формально можно начинать с любого паза.

Для удобства начнём построение с паза, после которого происходит смена направления тока в активных сторонах катушек. В данном случае с паза №2. На интервале между пазами 2 и 3 проводники с токами отсутствуют и поэтому на этом промежутке МДС сохраняет некоторое постоянное значение. В пазу №3 ток изменил своё направление относительно тока в пазу №2 и стал направленным вниз (ток отрицательный). Поэтому при переходе через паз №3 МДС уменьшается скачком (ступенька вниз). При построении кривой МДС имеет значение не только направление тока, но и его сила. В рассматриваемый момент времени ток в фазе А имеет вдвое большее значенние, чем токи в фазах В и С. Поэтому ток в фазе А отметим двойной стрелкой, а токи фаз В и С – одинарной.

На интервале между пазами 3 и 4 МДС постоянна, а при переходе через паз №4, в котором ток отрицательный, МДС снова уменьшается скачком (ступенька вниз, но двойной высоты по сравнению с высотой ступеньки в пазу №3). Между пазами 4 и 5 МДС остаётся постоянной, а при переходе через паз №5 очередная ступенька вниз, но половинной высоты по сравнению с пазом №4. До паза №6 МДС остаётся постоянной. Однако в начальной активной стороне катушки, расположенной в этом пазу, ток направлен вверх, и поэтому при переходе через данный паз МДС возрастёт (ступенька вверх), сохраняя достигнутое значекние до паза №1, в котором ток положительный, двойной силы, и МДС при переходе через этот паз возрастает (ступенька вверх двойной величины). Между пазами 1 и 2 МДС постоянна, а в активной стороне катушки, расположенной в пазу №2, ток направлен вверх и поэтому МДС снова скачком возрастает при переходе через этот паз. Теперь, при правильном построении, кривая МДС должна замкнуться.

Проведём горизонтальную пунктирную осевую линию, относительно которой построенная ступенчатая кривая МДС будет симметричной.

Повернём звезду векторов токов в обмотке статора на угол 30° (рис.1.12 б). Для этого момента времени ток фазы В равен нулю, ток фазы А положительный, а ток фазы С отрицательный, по силе эти токи одинаковы и составляют /2 = 0,867 от амплитудного значения тока. В соответствии с векторной диаграммой укажем направления токов в активных сторонах катушек. Построение кривой МДС начнём с паза, после которого происходит смена направления тока (паз № 2). Для данного момента времени ток фазы В равен нулю и поэтому при переходе через паз №3 МДС сохраняет своё значение (т. е. на интервале между пазами 3 и 4 МДС остаётся постоянной). В пазах 4 и 5 токи отрицательны и МДС при переходе через эти пазы будет уменьшатся на одно и то же значение (высота ступенек должна составлять 0,867 от наибольшей высоты ступеньке на рис.2.12 а). После паза №5 имеется горизонтальная площадка до паза №1, так как ток фазы В равен нулю. В активных сторонах катушек, расположенных в пазах 1 и 2, токи положительны и одинаковы, и при переходе через эти пазы МДС будет возрастать скачком на одно и то же значение (ступеньки вверх). Относительно второго паза кривая МДС замыкается. Нарисуем горизонтальную ось симметрии кривой МДС обмотки.

Повернём еще раз векторную диаграмму фазных токов А, В, С на угол 30° (рис.2.12 в). Для этого момента времени ток фазы С, оставаясь отрицательным, имеет амплитудное значение, ток фазы А по-прежнему положительный, а ток фазы В становится положительным. При этом токи фаз А и В одинаковы по значению и составляют половину от тока фазы С. Построение кривой МДС начнём с паза №3 и выполним это построение аналогично предыдущим моментам времени. Снова проведём горизонтальную пунктирную линию, представляющую ось симметрии кривой МДС обмотки.

На рис. 2.12 г векторная диаграмма фазных токов повернута ещё раз на угол 30° (общий угол поворота составляет 90°). При этом проекция тока фазы А на ось времени равна 0 и, следовательно, ток в этой фазе отсутствует, токи в фазах В и С сохраняют свои направления и одинаковы по значению. Указав направления токов по пазам, аналогично предыдущему строим кривую МДС обмотки, начиная это построение с паза №3.

Сравнивая кривые МДС трёхфазной обмотки, представленные на рис. 2.12 а,б,в,г и построенные для четырёх последовательных моментов времени, отличающихся временным интервалом в 30°, можно сделать следующие выводы:

1. МДС трёхфазной обмотки имеет вид ступенчатой кривой и, следовательно, несинусоидальна.

2. Амплитуда этой ступенчатой кривой пульсирует во времени относительно некоторого среднего значения.

3. Ступенчатая кривая МДС перемещается относительно обмотки статора и, следовательно, по окружности расточки статора.

4. Ступенчатая кривая МДС перемещается слева направо, т. е. в направлении отстающей фазы от фазы А к фазе В.

5. При переходе от одного момента времени другому с временным интервалом в 30° вертикальная ось симметрии ступенчатой кривой МДС каждый раз смещается вправо на пространственный угол в 30°.

В данной обмотке каждая фаза состоит из одной катушки, по которой проходит переменный ток. МДС такой катушки имеет вид прямоугольной волны, пульсирующей вдоль оси катушки с частотой тока в ней и неподвижной относительно расточки статора. Поэтому перемещение ступенчатой кривой МДС многофазной обмотки по расточке статора представляет собой принципиальное отличие МДС многофазной обмотки по сравнению с МДС одной фазы этой обмотки, которая, пульсируя во времени относительно оси фазы, не перемещается по окружности расточки статора.