§ 7.3. Електричні машини змінного струму

7.3.1. Обертове магнітне поле

В основі роботи машини змінного струму лежить утворення в просторі обертового магнітною поля.

Для того шоб зрозуміти, як утворюється обертове магнітне поле, розглянемо модель статора трифазної машини змінного струму. Кожна фаза обмотки статора (рис. 7.12) схематично

Рис. 7.12. Модель статора трифазної машини змінного струму:

а — криві струмів фаз І_аІ_вІ_с залежно від часу; б, в, г — напрямки магнітних потоків для моментів часу відповідно t₁t₂t₃

представлена одним витком, сторони якого укладені у діаметрально протилежні пази. Площини витків трьох фаз розмішені в просторі під кутом 120° одна відносно одної. їхні початки і кінці позначені відповідно С_І, С₂, С_З і С₄, С₅, С₆.

Струм кожної фази утворює змінне магнітне поле, напрямок і величина якого визначаються напрямком і величиною струму. В сумі змінні магнітні поля трьох фаз утворюють результуюче магнітне поле. Якщо за позитивний прийняти напрямок струму від початку до кінця кожної фази, то можна визначити напрямок результуючого магнітного поля для моментів часу t₁.t₂.t₃....t₆, коли струм у фазах відсутній (дорівнює нулю) або дорівнює Користуючись правилом правоходового гвинта, можна побудувати магнітні лінії, які охоплюють провідники із струмом, і встановити напрямок результуючого магнітного потоку Ф_рез.

Якщо до зазначених результуючих магнітних потоків додати Ф_рез. для моментів часу t₄, t₅ і t₆, то виявиться, що результуючий магнітний потік, створений трифазним струмом, безперервно й рівномірно змінює спій напрямок, тобто обертається в просторі; таке магнітне поле називається обертовим.

Отже, вісь результуючого магнітного поля здійснює один повний оберт за час, що дорівнює періоду зміни струму Т; при частоті струму f = І/Т магнітне поле за одну секунду робить f₁ обертів. Тоді кутова швидкість двополюсного магнітного поля

чисельно дорівнює кутовій швидкості струмів, які протікають через обмотку статора.

За схемою з'єднання провідників обмотки струми, що протікають у трифазній обмотці, можуть створювати багатополюсне обертове магнітне поле. При незмінній кутовій частоті струмів w₁, багатополюсне магнітне поле обертається в просторі повільніше, ніж двополюсне, в таку кількість разів, що дорівнює числу пар його полюсів р. Кутова швидкість обертання багатополюсного обертового магнітного поля відносно нерухомої обмотки статора

називається синхронною швидкістю. Якщо синхронну швидкість треба виразити через частоту обертання п_c, то можна скористатися формулою

Напрямок обертання результуючого магнітного поля змінюється тоді, коли змінюється порядок чергування амплітуд струму у фазах обмотки, що досягається перемиканням будь-яких двох проводів з трьох, якими обмотка статора приєднується до мережі.

Обертове магнітне поле статора може бути круговим і еліптичним. Кругове поле характеризується тим, що вектор магнітної індукції цього поля обертається рівномірно і своїм кінцем описує

Рис. 7.13. Асинхронний двигун:

/ — станина; 2 — стальне осердя; 3 - обмотка статора.

коло, тобто значення вектора індукції в кожному його природному положенні залишається незмінним. Вектори магнітної індукції всіх фаз однакові, тобто являють собою симетричну систему. Якщо вектори магнітної індукції фаз не утворюють симетричної системи, то обертове поле статора стає еліптичним: просторовий вектор магнітної індукції цього поля в різні моменти часу не залишається постійним і, обертаючись нерівномірно, своїм кінцем описує еліпс. Вектор магнітної індукції еліптичного поля можна подати у вигляді суми векторів індукцій прямого В_Пp і зворотного В_зв магнітних полів. Зворотне магнітне поле несприятливо впливає на властивості змінного струму. Наприклад, у двигунах воно створює протидіючий (гальмівний) електромагнітний момент і погіршує їхні експлуатаційні властивості.