2.2. Основные принципы выполнения многофазных обмоток

В электрических машинах переменного тока обмотки размещаются в пазах, расположенных на внутренней поверхности статора и внешней поверхности ротора электрической машины. Проводники обмотки соединяются между собой, образуя ряд катушек. Все катушки одной группы соединяются между собой, образуя одну фазу обмотки. Каждая из фаз обмотки может иметь несколько параллельных ветвей.

Каждый виток обмотки размещается в пазах, находящихся друг от друга на расстоянии, примерно равном одному полюсному делению :

, (2.4)

где

D – диаметр внутренней расточки статора;

p – число пар полюсов.

Если под каждым полюсом расположено только по одной катушке каждой фазы, то такая обмотка называется сосредоточенной. При большем числе катушек под каждым полюсом обмотка называется распределенной.

а) б)

Рис.2.8. Схема двухполюсной машины с сосредоточенной обмоткой (а) и диаграмма распределения ее намагничивающей силы (б).

Намагничивающая сила, создаваемая обмоткой переменного тока, распределена вдоль окружности статора и ротора. Форма кривой ее распределения зависит от типа обмотки. Обычно стремятся, чтобы эта кривая была по возможности близка к синусоиде. При этом ЭДС, индуктируемые в катушках, образующих обмотку статора, будут иметь приблизительно синусоидальную форму, т. е. высшие гармоники в кривой ЭДС будут малы.

Для этой цели принимают ряд мер: распределение каждой фазы по нескольким пазам, укорочение шага обмотки и скос пазов.

Рассмотрим сначала двухполюсную машину с простейшей сосредоточенной обмоткой, у которой все витки, включенные в фазу , находятся в пазах, расположенных в диаметральной плоскости (рис.2.8а) При протекании тока от начала фазы A к ее концу X возникает двухполюсный магнитный поток. При максимальном значении тока в катушке намагничивающая сила будет иметь максимальную величину . При условии равенства нулю магнитных сопротивлений участков магнитопровода распределение намагничивающей силы вдоль окружности статора будет иметь прямоугольную форму (рис.2.8б). Согласно разложению в ряд Фурье прямоугольной формы кривой при сосредоточенной обмотке, отклонение формы поля от синусоидальной велико, поэтому такая обмотка практически не используется.

При питании переменным током однофазной обмотки возникает магнитное поле, пульсирующее во времени с частотой изменения тока. При синусоидальном распределении намагничивающей силы в каждой точке воздушного зазора, расположенной на расстоянии x от оси обмотки, будет действовать намагничивающая сила (НС), изменяющаяся по закону:

, (2.5)

где - намагничивающая сила в точке, расположенной на оси обмотки (рис.2.9а).

a)

б)

в)

Рис.2.9.Диаграмма распределения намагничивающей силы в воздушном зазоре (а) и годографы пространственного вектора МДС (б, в).

Это выражение можно преобразовать к виду:

. (2.6)

Каждый из членов полученного выражения представляет собой вращающуюся или бегущую волну намагничивающей силы. В данном случае образуются две, вращающиеся в противоположные стороны волны НС: прямая волна , вращающаяся по направлению вращения ротора электрической машины (рис.2.9б), и обратная волна (рис.2.9в), вращающаяся в противоположном направлении. Следовательно, пульсирующее магнитное поле можно представить в виде двух вращающихся в противоположные стороны магнитных полей, в каждом из которых максимальные значения результирующей НС и результирующей индукции в различные моменты времени остаются неизменными.