2.4.3 Вращающееся магнитное поле. Принцип работы асинхронного двигателя

Одним из главных достоинств трехфазных цепей является возможность получения вращающихся магнитных полей, ле­жащих в основе работы наиболее распространенных типов асинхронных двигателей. Принцип получения вращающегося маг­нитного поля можно проиллюстрировать на примере двух взаимно перпендикулярных катушек индуктивностей. На рисунке 2.20 показан в разрезе один виток каждой катушки, питаемой синусоидальными токами i₁ и i₂. Под действием этих токов создаются магнитные поля с индукцией в точке пересечения катушек (ток течет от конца, помеченного знаком «х» к концу «.»): B₁ = B_msinwt и B₂ = B_mcoswt. Результирующий вектор магнитной индукции

_, (2.50)

т. е. получено результирующее магнитное поле, вращающееся по часовой стрелке с угловой частотой w. Аналогичным образом может быть образовано вращающееся магнитное поле в трехфазной системе с токами, создающими мгновенные значения индукции:

. (2.51)

Рисунок 2.20 – Магнитное поле двух взаимно перпендикулярных

катушек индуктивности

Введем в рассмотрение фазовый оператор a = e^j2p/3. Тогда результирующий вектор индукции определится как:

(2.52)

Таким образом, получено результирующее магнитное поле с амплитудой магнитной индукции 1,5В_m, вращающееся с угловой частотой w по часовой стрелке.

На использовании вращающегося магнитного поля основан принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле в асинхронном двигателе создается обмотками статора. Это поле наводит в обмотках ротора индукционные токи. Взаимодействие этих токов с вращающимся магнитным полем приводит к возникновению вращающегося момента в направлении поворота поля. В результате ротор начинает вращаться со скоростью u (об/мин), несколько меньшей скорости вращения магнитного поля u_n (отсюда термин «асинхронный»). Для характеристики степени различия указанных скоростей враще­ния вводят параметр

, (2.53)

называемый скольжением. Для получения вращающего момента величина скольжения должна быть больше нуля (обычно s₀ = 0,02...0,04).

2.4.4 Синхронный генератор

Ротор синхронных машин вращается синхронно с вращающимся магнитным полем. Поскольку частоты вращения ротора и магнит­ного поля одинаковы, в обмотке ротора не индуцируются токи. Поэтому обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока. Устройство статора синхронной машины практически не отличается от устройства статора асинхронной машины.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток. При враще­нии ротора его магнитное поле пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. Чтобы получить синусоидальную форму ЭДС, зазор между поверхностью ротора и статором увеличивают от середины полюсного наконеч­ника к его краям (рисунок 2.21).

Рисунок 2.21 – Синхронный генератор