Электрические машины. Электромеханика, страница 7

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.

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.

Итак:

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.

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.

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 у кругового.

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

Вращающееся магнитное поле пересекает обмотки статора и ротора, индуцируя в них переменную ЭДС.

Действующее значение ЭДС Е₁=к_фЕ_ср= 4,44f w₁ Ф_m, где  к_ф=1,11 – коэффициент формы кривой для синусоиды.

Действующее значение ЭДС, индуцированной вращающимся магнитным полем в сосредоточенной обмотке определяется той же формулой, что и для трансформатора: , где  - число витков в фазе.

Если обмотка распределена и находится в нескольких пазах (что обычно имеет место), то ЭДС в отдельных катушках будут сдвинуты по фазе и их нужно складывать геометрически (так же как и МДС), следовательно, результирующая ЭДС распределенной обмотки при укорочении шага

=

Для первой гармоники ЭДС обычно величина к_об=0,9÷0,95. Т.о. вследствие распределения и укорочения шага обмотки происходит некоторое уменьшение первой гармоники ЭДС. А высшие гармоники будут уменьшены еще больше.

Даже при не строгом синусоидальном магнитном потоке можно получить синусоидальную ЭДС. Приближению  кривой ЭДС к синусоиде приводит и то, что, соединение обмотки статора  в Y , дает компенсацию высших гармоник, следовательно, в линейных напряжениях указанные гармоники будут отсутствовать. При соединении обмотки статора в Δ  ЭДС третьих и кратным им гармоник, суммируясь, создают в замкнутом контуре токи соответствующей частоты, которые не выходят во внешнюю сеть. Следовательно, и в этом случае линейные напряжения не содержат гармоник кратных трем.

Но во избежание нагрева и увеличения потерь мощности, создаваемыми этими токами, в трехфазным машинах соединение обмоток в Δ  не применяют.

При конструировании обмоток принимают меры для уменьшения пятой и седьмой гармоник, которые оказывают сильное влияние. Достигается это укорочением шага.

При укорочении шага на 1/5 полюсного деления (у=0,8τ) исчезает пятая гармоника в кривой ЭДС. При укорочении шага на 1/7 полюсного деления (у=0,856τ) исчезает седьмая гармоника. Обычно укорочение выбирают в пределах между 1/5 и 1/7 полюсного деления, что приводит к уменьшению влияния и 5 и 7 гармоник.