Електричні машини змінного струму Обертове магнітне поле, створене трифазним струмом

В ізьмемо три однакові котушки з трьома струмами, які створюють симетричну систему і розмістимо ці котушки в просторі під кутом 120. Додатні напрямки осей котушок позначимо +1, +2, +3. Вздовж осі кожної котушки створюється пульсуюче магнітне поле. Однак всі ці три поля будуть накладатися одне на одне і в активній зоні котушок буде єдине результивене магнітне поле, яке буде визначатися вектором сумарної магнітної індукції:

Для моменту часу t1 струм у котушці А додатний і максимальний, а струми в котушках В і С однакові, від’ємні й складають половину амплітудного значення. Отже, . Сумарний вектор магнітної індукції дорівнює . В інші моменти часу сумарний вектор маг індукції залишається незмінним але повертається в бік чергування фаз. Отже цей вектор за період робить повний оберт, а значить обертається з кутовою швидкістю, яка відповідає частоті змінного струму:

Де р – кількість пар полюсів сумарного поля (або 2р – кільк полюсів). У нашому випадку для трьох котушок р=1.

Магнітне поле, вектор магнітної індукції якого обертається в просторі, називається обертовим магнітним полем. Обертове магнітне поле, вектор маг індукції якого не змінюється за величиною й обертається з постійною кутовою швидкістю, наз коловим. (поруш симетрія - еліптичне)

Асинхронні машини. Будова і принцип роботи

Трифазні АМ були розроблені у 1888 році М.О. Доліво-Добровольським. АМ принципово можуть працювати генераторами або двигунами. Характеристики асинхронних двигунів якісно високі. Асинхр генератори практично не використовуються, тому що мають дуже низькі експлуатаційні властивості. Асинхр двигуни внаслідок простоти, надійності та ефективності широко розповсюджені. >85% усіх електродвигунів

А Д трифазного струму – це електрична машина, яка перетворює електричну енергію трифазного струму в механічну енергію. За їх допомогою приводяться в рух металообробні й деревообробні верстати, підйомні крани, ліфти, насоси, вентилятори та інші механізми.

1 – сталеве осердя статора, набране із листів електротехнічної сталі; 2 – трифазна обвитка статора; 3 – корпус (станина) статора; 4 – сталеве осердя ротора з листів елтех сталі; 5 – обвитка ротора; 6 – повітряний проміжок між ротором і статором; 7 – вентиляційні канали; 8 – вал машини.

На корпусі двигуна є клемний щиток з шістьма затискачами, до яких приєднані кінці обвиток статора. Початки обвиток статора позначені літерами А, В, С (або відповідно літерами С1, С2, С3), а кінці – X, Y, Z – (чи відповідно С4, С5, С6). До затискачів А, В, С підводиться трифазна напруга мережі та здійснюється відповідне сполучення обвиток статора: зіркою чи трикутником.

Обвитки двигунів малої та середньої потужності виготовляються на напруги 380/220 і 220/127 В. Напруга в знаменнику відповідає номінальній напрузі фази двигуна. Тому при лінійній напрузі мережі 380 В двигун 380/220 сполучаємо зіркою.

Залежно від конструкцій обвитки ротора розрізняють АД з короткозамкненим і АД з фазним ротором (з контактними кільцями).

КЗ ротор – мідні або алюмінієві стержні, укладені без ізоляції в пази й замкнені з торців кільцями накоротко. (колесо білки) Фазний ротор має обвитку виконану аналогічно обвитці статора. Вона є теж трифазною. Кінці цих обвиток з’єднуються в одну точку, а початки виводяться до трьох контактних кілець, розміщених на валу. Кільця ізольовані між собою, а також від вала машини. За допомогою щіток, накладених на кільця, в коло ротора вмикається додатковий опір, для полегшення пуску.

П ринцип дії АД. Трифазна обвитка статора при увімкненні до мережі створює обертове магнітне поле з р парами полюсів. Це поле можемо подати у вигляді моделі – два полюси N S які обертаються з частотою n1. Всередині цього поля розташована КЗ рамка, виготовлена із не феромагнітного матеріалу, яка може вільно обертатися. Полюс N рухаємо за годинниковою стрілкою, в рамці встановлюється струм, за правилом правої руки – напрямлений до спостерігача у верхн проводі. За правилом лівої руки – на провідник діє пара елмех сил, яка обертає рамку в напрямі обертання полюсів з частотою n2.

На цьому принципі побудована робота АМ: обертове маг поле створюється трифазною обвиткою статора. В обвитці ротора наводиться ЕРС, яка викликає струм в провідниках ротора. Взаємодія цього струму з магнітним обертовим полем приводить ротор в обертання, в напрямі обертання маг поля, з частотою n2.

При нерухомому роторі індукований в роторі струм, як і в ТН, має ту саму частоту, що і в стоторі f2n=f1. При зростанні частоти обертання ротора різниця швидкостей поля n1 і ротора n2 зменшується, ротор ніби намагається наздогнати обертове поле. Однак наздогнати обертове поле ротор не зможе, тому що тоді зникне відносний рух поля й ротора і в обвитці ротора не буде індукувати ся струм, а отже буде відсутній й обертовий момент. Щоб двигун працював, частота обертання ротора повинна відставати від частоти обертання поля – ковзати відносно обертового ман поля.

Коли обертовий момент і гальмівний зрівноважуються, ротор буде мати деяку усталену частоту обертання n2, меншу від n1 (0,0015-0,05). Різниця частот поля і ротора, віднесена до частоти обертання поля, наз ковзанням:

Машини в яких частота обертання ротора відмінна від частоти обертання поля, називаються асинхронними.

В загальному випадку величина ковзання двигуна знаходиться в межах s=1 при нерухомому роторі (n2=0) і s=0 – при синхронній швидкості (n2=n1).

АМ як і всі електричні машини, оборотна:

n2>n1 – машина працює в режимі генератора;

n2=n1 – штучний режим ідеального неробочого ходу;

n2<n1 – машина працює в режимі двигуна.

Якщо, гальмуючи ротор, зупинити його, і почати обертати його сторонньою силою в протилежний бік, то машина перейде в режим електромагнітного гальма (противмикання n2<0 n1>0 s>1). При цьому основна частина підведеної ел енергії виділяється в роторі не тепло.

Частота обертання ротора (дискретний ряд p<=5):

Відносно обертового маг поля ротор обертається з частотою тоді аналогічно можна записати: