Принцип образования вращающегося магнитного поля

Модуль № 2 «Синхронные машины»

         ВВЕДЕНИЕ

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

В-1. Принцип образования вращающегося магнитного поля

(Тема 15)

Рекомендуемые материалы

Принцип образования вращающегося магнитного поля в машине переменного тока рассмотрим на примере статора с простейшей обмоткой (рис. В-1), в которой каждая фаза состоит из одного витка или двух проводников (первая фаза – проводники А и Х, вторая фаза – проводники В и Y, третья фаза – проводники С и Z).

Проводники каждого витка (фазы) расположены друг от друга на расстоянии полюсного деления

,                                        (В-1)

где  диаметр внутренней расточки статора, а число пар полюсов.

На рис.В-1 полюсное деление составляет половину окружности. Шаг витка или обмотки  называют полным (). Двойному полюсному делению  соответствует угол по окружности статора[1] в 360° эл. Начала фаз А, В, С сдвинуты относительно друг друга на 120° эл., что   в данном случае составляет треть окружности.

На рис. В-2, а показаны направления токов в проводниках обмотки статора для момента времени , когда  и . Через четверть периода токи изменят фазу на 90° (рис. В-1, б):

.

Распределение токов по окружности статора (рис. В-2) составляет две зоны, каждая величиной , а направления токов в этих зонах противоположны и токи распределены по поверхности статора по синусоидальному закону.

а)                                                     б)

Токи проводников обмотки статора двухполюсной машины создают (рис. В-1) двухполюсный магнитный поток Ф₁, проходящий через статор, ротор и воздушный зазор. При изменении фазы токов на 90° кривая распределения токов и магнитный поток поворачиваются в направлении следования фаз на 90°. При изменении фазы токов еще на 90° ось магнитного потока повернется еще на 90°. Таким образом, обмотка статора двухполюсной машины при питании ее трехфазным током создает двухполюсное вращающееся магнитное поле. При этом за период изменения тока поле поворачивается на  или на 360°. В электромеханике для обозначения пространственного расположения обмоток пользуются понятием «электрический градус», который соответствует р геометрическим градусам: 1° = р° эл.

Частота вращения магнитного поля

,                                                  (В-2)

где  частота тока статора.

Магнитное поле вращается в направлении чередования фаз А, В, С обмотки статора. Для изменения направления вращения поля на обратное достаточно переменить местами на зажимах обмотки статора концы двух проводников, идущих от питающей сети.

При  полюсное деление составляет четверть окружности и каждая фаза простейшей трехфазной обмотки статора состоит из двух витков с шагом , которые сдвинуты относительно друг друга на  и соединены последовательно или параллельно. Отдельные фазы и их начала А, В, С при этом также сдвинуты относительно друг друга на 120° эл., составляющих в данном случае 1/6 окружности (рис.В-3, а).

Такая обмотка, как видно из рис. В-3, создает кривую распределения тока и магнитное поле с . Это поле также является вращающимся и за один период тока поворачивается на величину двойного полюсного деления , что в данном случае составляет половину окружности (рис. В-3, б), вследствие чего частота вращения магнитного поля

                                                                  (1.3)

В общем случае можно изготовить обмотку с  и т. д. При этом получается кривая распределения тока и магнитное поле с  парами полюсов. Магнитное поле вращается с частотой (в оборотах  в секунду)

                                                         (1.4)

или в оборотах в минуту

.                                             (1.5)

В табл. В-1 приведены частоты вращения магнитного поля обмоток       с различными числами полюсов при стандартной частоте промышленного тока  = 50 Гц.

Таблица В-1

[1] В электромеханике для обозначения пространственного расположения обмоток пользуются понятием «электрический градус», который соответствует р геометрическим градусам: 1° = р° эл.