Вращающиеся магнитные поля. Двухфазная асинхронная машина, страница 2

МДС фаз а и b относительно осей своих фаз определяются выражением (19.2), если для фазы b заменить на . При суммировании МДС фаз углы отсчитываются от оси фазы а, поэтому для фазы b угол в уравнении (19.2) нужно заменить на и вращающиеся волны основных гармонических МДС фаз равны:

(19.3)

(19.4)

При симметричных фазах Fma=Fmb=Fm, и уравнение результирующей волны:

(19.5)

Уравнение (19.5) - уравнение бегущей волны.

Итак, приняты условия:

Токи в обмотках (фазах) сдвинуты на p/2 в пространстве (это условие обеспечивается при проектировании обмотки);

Токи в обмотках (фазах) сдвинуты на p/2 во времени ().

Из этих условий следует, что магнитное поле в зазоре, созданное этими токами будет вращающимся.

Условия 1 и 2 являются необходимыми и достаточными для создания вращающегося магнитного поля в двухфазной электрической машине.

Если токи в фазах а и b при этих условиях равны и равны также числа витков в фазах, то вращающееся поле является круговым.

В случае несимметрии, обусловленной конструкцией электрической машины или условиями на электрических зажимах, вращающееся магнитное поле будет не круговым, а эллиптическим. Это приводит к ухудшению характеристик машины (влияние обратных полей, обусловленных токами обратной последовательности).

Токи в проводниках фаз а и b, которых размещаются в реальной машине в конечном числе пазов, в соответствии с введенной для обобщенной машины идеализацией, заменяются бесконечно тонкими токовыми слоями на внутренней поверхности статора.

Плотности токов в элементах dj этих слоев таковы, что в совокупности они определяют гармонические волны МДС (dj - см. рис. 19.4).

Механическая угловая скорость поля в геометрических радианах в секунду определяется частотой тока, питающего обмотки, и числом пар полюсов:

(19.6)

Все сказанное справедливо и для распределенной обмотки, уложенной в пазы ротора.

А теперь Любознательный задает вопрос:

"А как же быть с понятием вращающихся полей в машине постоянного тока? Или в Вашей обращенной синхронной машине? Помнится, что в этих машинах полюсы неподвижны и катушки возбуждения питаются постоянным током! И поэтому их поля неподвижны!"

Хороший вопрос!

Во-первых, поле полюсов и поле ротора в машинах обоих типов являются вращающимися, если их рассматривать из системы координат, жестко связанной с вращающимся ротором.

Во-вторых, подмеченное Любознательным обстоятельство свидетельствует о выполнении в этих случаях одного из основных законов электромеханики:

электромеханическое преобразование энергии происходит лишь тогда, когда поля, созданные токами обмоток статора и ротора неподвижны относительно друг друга.

А еще: на семинарском занятии попросим Любознательного прокомментировать "во-первых" и "во-вторых!

Двухфазная асинхронная машина

Устройство простейшей двухфазной асинхронной машины показано на рис. 19.5.

Рис. 19.5 Простейшая двухфазная асинхронная машина.

Машина имеет равномерный зазор.

На статоре располагаются две обмотки as-xs и bs-ys. При подключении к источникам тока в этих обмотках и и образуется вращающееся магнитное поле. Скорость вращения поля определяется частотой токов статора . В соответствии с законом Фарадея это поле индуцирует в обмотках ротора ar-xr и br-yr ЭДС. Роторные обмотки обычной асинхронной машины не связаны с сетью и замкнуты либо накоротко, либо на пассивные элементы (R,L,C); в любом случае наведенная ЭДС вызывает токи в фазах ротора. Величина токов ротора зависит от ЭДС. Если ротор движется со скоростью , равной скорости вращения поля статора, то в фазах ar-xr и br-yr наведенная ЭДС равна нулю (преобразование энергии не происходит!).

Поэтому для машины такого типа необходимо, чтобы поле статора и ротор вращались не одновременно - асинхронно (хронос (греч.) - время).

Асинхронная машина является широко используемым электромеханическим преобразователем энергии. Она может быть изучена на базе обобщенной машины, если скорость ее вращения поддерживать постоянной. Это требование может показаться чрезмерно жестким, поскольку характеристика машины n=f(M) имеет вид, представленный на рис. 19.6.

Рис. 19.6. Механическая характеристика асинхронной машины.

Скорость вращения зависит от нагрузки.

Однако, у большинства реальных машин механические переходные процессы протекают значительно медленнее электрических. Таким образом, уравнения электрического равновесия, полученные при условии постоянства скорости, будут с хорошим приближением описывать электрические процессы в большинстве асинхронных машин в динамике.