Тема 3.1. Обобщенная конструкция электрической машины. Создание вращающегося магнитного поля.

П ринцип получения вращающегося магнитного поля. В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле.

П ри пропускании по обмотке катушки синусоидального тока она создает магнитное поле, вектор индукции которого изменяется (пульсирует) вдоль этой катушки также по синусоидальному закону Мгновенная ориентация вектора магнитной индукции в пространстве зависит от намотки катушки и мгновенного направления тока в ней и определяется по правилу буравчика. Так для случая, показанного на рис. 1, вектор магнитной индукции направлен по оси катушки вверх. Через полпериода, когда при том же модуле ток изменит свой знак на противоположный, вектор магнитной индукции при той же абсолютной величине поменяет свою ориентацию в пространстве на 180⁰. С учетом вышесказанного магнитное поле катушки с синусоидальным током называют пульсирующим.

Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.

Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:

1. Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 90⁰, для трехфазной – на 120⁰).

2. Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.

Нарисовать многовитковую обмотку (рамка, с одним витком, много витков).

Рассмотрим получение вращающегося поля на примере трехфазного асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутыми по окружности на 120° (рис.3.5) и соединенными звездой. Пусть обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением со сдвигом фаз напряжений и токов на 120°.

Если для обмотки АХ принять начальную фазу тока равной нулю, тогда мгновенные значения токов имеют вид

Примем, что в каждой обмотке всего два провода, занимающие два диаметрально расположенные паза.

Если ток положительный, то направление тока примем от начала к концу обмотки, что соответствует обозначению знаком «+» в начале обмотки и знаком «·» (точка) в конце обмотки. Пользуясь правилом буравчика, легко найти картину распределения магнитного поля для любого момента времени.

Тема 3.2. Магнитное поле электрической машины переменного тока. Индуктивные сопротивления обмоток.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, состоит из магнитного поля в воздушном зазоре и магнитного поля рассеивания. Магнитное поле рассеивания включает в себя МП пазового, МП лобового и МП рассеяния воздушного зазора (дифференциального).

Характерные признаки МП в воздушном зазоре. Силовые линии дважды пересекают воздушный зазор и замыкаются через сердечник ротора и статора. Именно это магнитное поле совершает полезное преобразование энергии.

Характерные признаки МП пазов. Это поле создается проводниками с током находящиеся в пазах линии этого поля не пересекают воздушный зазор, не вступают в ротор и не принимают участия в полезном преобразовании энергии.

Характерные признаки МП лобового рассеивания. Оно создается лобовыми частями обмотки. Силовые линии этого поля не пересекают воздушный зазор, не вступают в ротор, не принимают участия в полезном преобразовании энергии.

У каждого магнитного поля есть свой магнитный поток, этому магнитному потоку соответствует свое индуктивное сопротивление. Т. о. индуктивное сопротивление магнитного поля в воздушном зазоре называется главное индуктивное сопротивление. Различают главное индуктивное сопротивление самоиндукции и взаимоиндукции.

Главное индуктивное сопротивление самоиндукции для обмотки статора х₁=Е₁/I₁, где I₁ – ток в проводнике, который создает магнитное поле. Это магнитное поле индуктирует в этом же проводнике ЭДС Е₁ – ЭДС самоиндукции.

Главное индуктивное сопротивление взаимоиндукции может быть в направлении статор  ротор и в направлении ротор  статор. Соответственно для первого случая это отношение ЭДС индуктируемое в одной фазе обмотки ротора от магнитного поля созданным всеми фазными обмотками статора. Для второго случая – ЭДС индуктируемая в одной фазе обмотки статора, магнитным полем созданным всеми фазными обмотками ротора. Главные индуктивные сопротивления и индуктивные сопротивления рассеивания могут выражаться в о.е. за базу принимают фазное номинальное сопротивление.

z_фн=U_фном/I_фном; x*_1г= x*_1г/z_фн=1,5…4 главное; x*₁= x*₁/z_фн=0,08…0,15 –рассеив.

Рассчитав главное индуктивное сопротивление обмотки статора и построив в/д можно определить намагничивающий ток.

Лекция № 4. Раздел 4 Асинхронные машины (АМ).