Создание вращающегося магнитного поля

Индукция в воздушном зазоре электрической машины переменного тока определяется распределением МДС вдоль окружности статора. Если пренебречь магнитным сопротивлением стальных участков магнитной цепи машины, то при равномерном воздушном зазоре δ кривая распределения индукции В_δ в воздушном зазоре , называемая кривой магнитного поля машины, будет иметь такой же вид, как кривая распределения МДС.

Магнитное поле электрической машины зависит от типа применяемых обмоток – оно может быть пульсирующим или вращающимся.

Пульсирующее поле. При питании переменным током однофазной обмотки возникает магнитное поле, пульсирующее во времени с частотой ω изменения тока. В этом случае, при синусоидальном распределении МДС, в каждой точке воздушного зазора, расположенной на расстоянии х от оси обмотки, действует МДС

где - МДС в точке, расположенной на оси обмотки.

Преобразовав:

Каждое выражение правой части – уравнение бегущей (или вращающейся) волны МДС. Следовательно, пульсирующее магнитное поле, синусоидально распределенное в пространстве, можно представить в виде суммы двух магнитных полей, вращающихся в противоположных направлениях, в каждом из которых максимальные значения результирующей МДС и результирующей индукции остаются неизменными в различные моменты времени. При этом бегущие волны МДС.

,

- поле, вращающееся против часовой стрелки

- поле, по часовой стрелке.

Следовательно, если каждое из этих полей представить в виде пространственного вектора МДС , то его конец будет описывать окружность, поворачиваясь на 360 эл.град. за один период изменения тока. Такое поле называется круговым.

При круговом поле электрическая машина имеет лучшие показатели (КПД, Cosφ и др.), чем при других видах вращающегося магнитного поля. Поэтому машины выпускают так, чтобы можно было создать круговое поле.

Круговое вращающееся поле при трехфазной обмотке. В 3-фазной машине на статоре расположена симметричная трехфазная обмотка, у которой оси фаз АХ, ВУ и СZ сдвинуты в пространстве на угол 120⁰; при питании ее 3-фазн.симметр.током получим круговое вращающееся поле.

На рисунке обмотки показаны сосредоточенными, но распределение МДС, образуемое каждой фазой считаем синусоидальным.

Так как фазы обмотки смещены на , а токи сдвинуты во времени на , то выражение для составляющих МДС в точке х от каждой из фаз:

Результирующую МДС в точке х можно получить путем сложения отдельных ее составляющих F_xA, F_xB, F_xC. При этом обратновращающиеся волны МДС исчезают, а результирующая МДС

Уравнение бегущей волны позволяет в любой момент времени t найти точку х, в которой МДС максимальна и равна 1,5F_m. Для этого нужно принять значение ωt – πх/τ= π/2 и решить это уравнение относительно х. Заменяя ω=2 πf , получим

х=0,5 τ (4f t -1)

При этом линейная скорость перемещения результирующей волны МДС, т.е. вращающегося магнитного поля

v₁= dx/dt = 2 τ f,

т.е. за один период магнитное поле проходит пару полюсов.

Частота вращения магнии тного поля, об/мин

.

Следовательно, изменяя число полюсов электрической машины 2р можно получать различные частоты вращения магнитного поля.

Круговое вращающееся поле при двухфазной обмотке В 2-х фазной электрической машине круговое вращающее поле возникает, если оси фаз АХ и ВУ сдвинуты в пространстве на половину полюсного деления τ, т.е. на 90⁰, а питающие напряжения (токи отдельных фаз и ) сдвинуты во времени на 90⁰.

Уравнение бегущей волны:

Частота вращения поля, образованного двухфазной обмоткой, определяется также, как и для трехфазной. Для изменения направления вращения поля следует изменить порядок чередования тока в фазах обмотки, т.е. переключить провода, присоединяющие фазы обмотки к сети.

Общий случай кругового вращающегося поля. В общем случае, когда по симметричной m-фазной обмотке протекают переменные токи, сдвинутые на угол 2π/m, уравнение бегущей волны МДС имеет вид

.

Т.о. несимметричная многофазная обмотка также может создавать круговое вращающееся поле, если на ее фазы подать определенным образом подобранную m-фазную несимметричную систему токов.

1. За один период Т магнитное поле магнитное поле проходит пару полюсов. При этом линейная скорость перемещения бегущей волны МДС

2. Частота вращения бегущей волны МДС (частота вращения магнитного поля)

,

следовательно, при постоянной частоте тока в питающей сети частота вращения магнитного поля определяется только числом полюсов машины.

3. Максимум результирующих волн МДС и индукции всегда совпадает с осью той фазы, в которой ток имеет максимум (из формулы следует, что максимальная МДС совпадает с осью фазы АХ, принятой за точку отсчета).

4. Магнитное поле перемещается в сторону оси той фазы, где ожидается ближайший максимум.

5. Для изменения направления вращающегося поля необходимо изменить порядок чередования тока в фазах.

Эллиптическое поле. Круговое вращающееся поле возникает:

а) при симметрии токов, проходящих по фазам;

б) при симметричном расположении этих фаз в пространстве;

в) при сдвиге во времени между фазными токами, равном пространственному сдвигу между фазами;

г) при синусоидальном распределении индукции в воздушном зазоре машины вдоль окружности статора (ротора).

Если хотя бы одно условие не выполняется, то вращающееся поле становится эллиптическим, у которого максимальное значение результирующей МДС для различных моментов времени не остается постоянным, как укругового. Вектор МДС описывает эллипс.

Методом симметричных составляющих возможно разложение сложного эллиптического поля на два простейших круговых поля (прямое и обратное), вращающихся в противоположные стороны с частотой .