1.2. Конструкції, намагнічувальні сили, магнітні потоки двофазної ам

Двофазна АМ може живитися від двофазної мережі (рис.1.4) або від однофазної мережі (рис.1.5). При двофазному її живленні вона називається двофазною АМ, а при однофазному її живленні – однофазною. Ротор таких машин є короткозамкненим у виг­ляді звичайної короткозамкненої білчиної клітки – КЗК; або у вигляді масивного феро­магнітного ротора – МФР (рис.1.6), масив якого служить провідниковим шаром  для струмів Фуко та магнітопроводом для потоку цих струмів; або у вигляді порожнис­того не­магнітного ротора – ПНР (рис.1.7), який служить тільки провідниковим шаром для вихрових струмів ротора, а зворотнім магнітопроводом є внутрішній статор.

Рис. 1.4. Схема вмикання фаз D, N статора двофазної АМ та векторна діаграма їх НС

Рис. 1.5. Схема вмикання фаз статора двофазної АМ при однофазному живленні

Рис. 1.6. Масивний феромагнітний ротор

Рис. 1.7. Конструкційна схема АМ з порожнистим немагнітним ротором

Просторові осі фаз обмоток статора: – головної та – допоміжної, утворюють , який, як покажемо нижче, доцільно приймати рівним 90 електричних. В цьому випадку вісь допоміжної фази , саму фазу та всі її величини позначають .

Але попередньо розглянемо двофазну -машину, для якої визначимо її результуючу НС. Якщо миттєві значення струмів цих обмоток визначити

; , (1.1)

де і – діючі значення фазних струмів;  – фаза взаємного їх зсуву в часі, то, як відомо, миттєві значення перших гармонік НС цих фаз , можна записати

(1.2)

У виразах (1.2) кожну з пульсуючих НС , – розкладаємо на дві рівновеликі НС – пряму з частотою обертання та – зворотну з частотою обертання . Прямі обертові НС фаз , необхідно додати і отримаємо (див. рис.1.4, трикутник ОАВ) результуючу пряму НС машини

(1.3)

а також відповідно зворотні обертові НС фаз F_DЗВ та F_NЗВ (див. рис. 1.4, трикутник ОАС) і отримуємо результуючу зворотну НС машини

? (1.4)

Знаючи результуючу пряму F_П та зворотну F_ЗВ НС машини можемо обчислити результуючу обертову НС машини

, (1.5)

та результуючий обертовий її магнітний потік (рис.1.6)

(1.6)

де S – площа полюса; – магнітна провідність повітряного проміжку , який для неявно-полюсної АМ є постійний.

Звичайно ам так розраховують, щоби

(1.7)

і тому електромагнітний момент М_П, створений потоком і відповід­ними, викликаними ним струмами ротора , є більший від моменту М_ЗВ, створеного потоком і викликаними ним струмами ротора . АМ за рахунок потоку Ф_П та моменту М_П працює в режимі асинхронного двигуна (момент М_П є рушій­ним), а за рахунок потоку – в режимі проти-вмикання з гальмівним моментом М_ЗВ.

Вектор результуючої НС (потоку ) машини обертаючись, своєю вершиною описує еліпс (див. рис. 18). Тому така результуюча НС машини (потік) називається еліптичною (еліптичним).

Д ля ефективного використання активних матеріалів машини найкраще було би досягти відсутності зворотної НС , яка створює гальмівний момент М_ЗВ. Для цього, як витікає з (1.4), необхідно щоби при

. (1.8)

З другого боку рушійний момент М_П буде найбільшим, якщо пряма НС буде максимальною. А для цього, як витікає з (1.3) та з (1.8), необхідно щоби

(1.9)

Об’єднуючи умову (1.8) усунення НС – та умову максимальної НС – (1.9), отримаємо умову оптимального використання асинхронної машини з двома обмотками на статорі

(1.10)

Рис.1.8. Утворення еліптичної обертової НС машини

Якщо АМ побудувати згідно з умовами (1.10) так, щоби осі обмоток фаз статора утворювали просторовий =90 електричних, кількість ефективних витків фаз була однаковою – , а напруги двофазної мережі живлення підібрати так, щоби і часовий зсув напруг фаз , то тоді результуюча НС машини

, а F_ЗВ=0 . (1.11)

Це означає, що згідно з (1.11) вектор результуючої НС , який в певному масштабі представляє вектор результуючого потоку машини , обертаються зі сталою частотою обертання при сталій амплітуді та годографом цих векторів є коло (див. рис. 1.6). Така НС та потік називаються коловими та позначається індексом “k”.

Обмотка статора, в якої кількість ефективних витків фаз однакова осі котушок фаз зміщені в просторі на  = 90 електричних, індуктивні опори розсіяння фаз однакові Х_D=Х_N і одна­кові активні опори фазних обмоток, називається симетричною двофазною обмоткою.

Система двофазних напруг (струмів), в яких амплітуди рівні а часовий зсув між ними –  = називається симетричною двофазною системою напруг (струмів).

Якщо симетричну двофазну АМ живити симетричною двофазною системою напруг, то в ній згідно з (1.11), аналогічно, як у трифазній АМ при симетричному її трифазному живленні, утворюється колове поле.

Розрахунок такої двофазної АМ проводять аналогічно як трифазної за такою ж заступною схемою фази, а електромагнітний момент обчислюють

(1.12)

вважаючи m = 2.

Якщо ж або двофазна обмотка статора є несиметричною, або двофазна система напруг (струмів) є несиметричною, або несиметричною є і обмотка і система напруг (струмів), то тоді в машині є і прямі НС (див. рис.1.4), яку з ОАВ визначають

(1.13)

і зворотна НС F_зв, яку визначають з ОАС

(1.14)

Ці дві колові НС F_п і F_зв накладаючись, утворюють результуючу обертову еліптичну НС (потік), як показано на рис.1.8.

Якщо говорити про несиметричність двофазних обмоток, то вона, як правило, пе­редбачається в однофазних машинах із фазо-зсувною ємністю при  = 90 із співвідно­шенням витків щоб, як покажемо нижче, зменшити величину фазо-зсувної ємності, вартість якої мало що менша від вартості двигуна. Допоміжна фаза N тоді звичайно позначається символом D, а така двофазна несиметрична обмотка з  = 90 та з називається псевдо-симетричною і її, як правило, можна звести до симетричної обмотки.

Для цього вводять коефіцієнт трансформації і реальну обмотку Q заміняють розрахунковою Q' з кількістю витків , напругою струмом (1.15), індуктивним опором Але при цьому перерахунку не завжди Якщо розходження між істотне, різницю відносять до активного опору фазо-зсувної ємності. Симетрована таким чином псевдо-симетрич­на двофазна обмотка DQ' при живленні її симетрованою двофазною напругою утворює колову НС (поле).

Тому при теоретичному аналізі двофазну АМ розглядатимемо як симетричну або псевдо-симетричну машину, яку можна симетрувати, і яка в загальному випадку при однофазному чи двофазному вмиканні живиться несиметричною двофазною системою напруг (струмів). Винятком буде тільки однофазний АД з екранованими полюсами, який має принципово несиметричну ОС, (<90) симетрувати яку не вдається, але його теорія буде розглянута окремо.