Для определения высших гармоник эдс фазы используют соот­ношение

, (5.26)

где ; ; . (5.27)

Результирующая эдс фазы с учетом высших гармония определяется из соотношения

. (5.28)

Как отмечалось выше высшие гармоники искажают ЭДС и форма напряжения на зажимах СГ становится несинусоидальной. Это отри­цательно сказывается как на работе самого генератора, так и потребителей электроэнергии - асинхронных двигателей, систем управления, вычислительных комплексов, навигационных приборов и т.д. Снижаются КПД и коэффициент мощности потребителей, увеличиваются потери энергии, появляются погрешности в измерениях, повышаются шумы и вибрации электрических машин.

Поэтому коэффициент несинусоидальности кривой напряжения судовых СГ, под которым понимают отношение

(5.29)

не должен превышать 10 %.

Укорочение шага обмотки, ее распределение по пазам способствуют улучшению формы кривой ЭДС и напряжения. Кроме того, для этих же целей часто применяют скос пазов на статоре (или на роторе) на одно зубцовое деление.

На форму кривой ЭДС также оказывает влияние способ соединения фаз - "звезда" (Y), или "треугольник" (Δ). В трехфазных системах первые гармоники ЭДС отдельных фаз сдвинуты на 120°относительно друг друга, а ЭДС третьих и кратных трем гармоник - на 360°, т.е. совладают по фазе и при соединении фаз в "звезду" в линейных напряжениях эти гармоники отсутствуют. При соединении фаз обмотки в "треугольник" ЭДС этих гармоник по контуру "треугольника" складываются и создают ток тройной частоты. В линейных напряжениях и в этом случае гармоник, кратных трем_, не содержится.

Все эти особенности необходимо учитывать при эксплуатации электрических машин.

5.4. Вращающееся магнитное поле трехфазной обмотки

машин переменного тока

На рисунке 5.8 показано распределение первой гармоники магнитного поля, создаваемого обмотками возбуждения явнополюсного или неявнополюсного роторов синхронной машины. При вращении ротора это поле индуктирует в обмотке статора СМ ЭДС, синусоидально изменяющуюся во времени. В трехфазном синхронном генераторе ЭДС отдельных фаз обмотки статора смещены на электрический угол 120°, что достигается пространственным сдвигом фаз, Под действием этих ЭДС в замкнутой на нагрузку обмотке протекают токи, которые создают магнитодвижущую силу (МДС) и круговое вращающееся магнитное поле, причем скорость вращения этого поля точно равна скорости вращения ротора.

В синхронных и асинхронных двигателях уложенные в пазы статора трехфазные обмотки подключаются к трехфазной сети и также создают круговое вращающееся магнитное поле, участвующее в преобразовании электрической энергии в механическую.

Принцип образования вращающегося магнитного поля рассмотрим на примере простейшей трехфазной обмотки, фазы которой сдвинуты в пространстве на 120°, имеют по одному витку, соединены в звезду и подключены к симметричной трехфазной системе со сдвигом фаз напряжений и токов на 120°, так что для токов отдельных фаз можно записать

(5.30)

На рисунке 5.10,а показаны кривые мгновенных значений этих токов, а на рисунке 5.10,б, в,г условно показано распределение результирующего магнитного поля трех фаз для трех различных моментов времени. В момент времени t₁ ток в фазе А положителен и равен максимальному , токи в фазах В и С отрицательны и равны

.

Рисунок 5.10 – Образование вращающегося магнитного поля