2.3. Вращающееся магнитное поле и условия его возникновения

Принцип действия асинхронных машин основан на использовании вращающегося магнитного поля. Вращающееся магнитное поле возбуждается неподвижными обмотками статора, питаемыми симметричным током. Обмотки располагаются в цилиндрическом статоре таким образом, что плоскости витков каждый из фаз сдвинуты в пространстве друг относительно друга на 120⁰ (рис.2.2а). Обмотки статора асинхронного двигателя соединяются звездой или треугольником и подключают к сети трехфазного тока, начальные фазы которого сдвинуты во времени друг относительно друга на 120⁰. Выражения для мгновенных значений токов имеют вид

i_A=I_msint

i_B=I_msin(t-120⁰) (2.2)

i_C=I_msin(t-240⁰)

Токи каждой фазы обмотки создают магнитные поля, которые будут сдвинуты между собой во времени на тот же угол 120⁰. В результате сложения магнитных полей всех фаз образуется общее постоянное магнитное поле двигателя, которое вращается с постоянной скоростью.

Для доказательства образования вращающегося магнитного поля воспользуемся графоаналитическим методом, с помощью которого построим картину магнитного поля для нескольких моментов времени периода переменного тока. На рис. 2.2.а изображена волновая диаграмма токов в фазах А, В, С. На рис. 2.2.б изображены картины магнитных полей для моментов времени t₁, t₂, t₃. Рассмотрим, как построены картины магнитных полей.

Рис.2.2. Образование вращающегося магнитного поля

Для момента времени t₁ ток в фазе А равен нулю (i_A=0) и она не создает магнитного поля. Намагничивающие силы, создаваемые токами фаз В и С, равны по величине

i_CN_C=i_BN_B=I_mN_фsin(t+60⁰)=-I_mN_фsin(t+120⁰)

при t=0 получаем

I_mN_ф= (-I_m)N_ф. (2.3)

Если машина не насыщена, то BF и B_B=B_C=B_m .

Ток фазы С положительный и следовательно направлен от начала к концу обмотки, ток фазы В отрицателен и его направление будет от конца к началу обмотки. Используя правило буравчика строим силовые линии результирующего поля. Амплитуду магнитной индукции результирующего поля определим из векторной диаграммы (рис.2.3)

B_mp= . (2.4)

Можно доказать, что для любого момента времени величина результирующего вектора индукции постоянна и равна

. (2.5)

Аналогично строятся картины результирующего магнитного поля для моментов времени t₂ и t_3. Из построенных картин видно, что поле имеет два полюса, которые поворачиваются относительно продольной оси статора. Учитывая так же, что величина индукции магнитного поля постоянна в любой момент времени можно сделать заключение, что поле круговое и вращающееся.

Рис.2.3. Векторы результирующей индукции для моментов времени t₁, t₂, t₃.

Таким образом, для получения кругового вращающегося магнитного поля должны выполняться три условия:

1. оси катушек отдельных фаз обмотки статора должны быть сдвинуты в пространстве на 120⁰ друг относительно друга.

2. токи, питающие фазы обмотки статора, должны быть сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120 электрических градусов.

3. амплитуды магнитных потоков, создаваемых каждой фазой, должны быть одинаковыми.