Вращающиеся магнитные поля. Двухфазная асинхронная машина

Вращающиеся магнитные поля. Двухфазная асинхронная машина

ЭДС и электромагнитный момент во вращающихся ЭМП определяются главным (основным) магнитным потоком. Это - поток взаимоиндукции Y. Он должен быть изменяющимся по отношению к обмоткам, поскольку ЭДС, в них индуцированная, пропорциональна dy/dt, а электромагнитный момент зависит от .

Электрические машины конструируются таким образом, чтобы изменяющееся магнитное поле было вращающимся.

Можно придумать различные способы создания вращающихся полей. Например, можно создать вращающееся поле как это показано на рис. 19.1.

Рис. 19.1. Вращающееся поле обмотки возбуждения.

Здесь мы в поперечном разрезе машины видим ферромагнитный сердечник 1 с обмоткой возбуждения 2. В обмотке возбуждения - постоянный ток от стороннего источника. При указанном направлении тока в сторонах катушки возбуждения направление потока Ф показано стрелками. Ясно, что при вращении сердечника с обмоткой возбуждения (ротора) с угловой скоростью , магнитный поток, неподвижный относительно ротора, будет вращаться вместе с ним с той же угловой скоростью.

В рассмотренном случае обмотка с током, создающим поле, является сосредоточенной.

Рассмотрим следующий пример (рис. 19.2).

Рис. 19.2. Вращающееся поле катушек.

На рис. 19.2. представлен полый цилиндр, набранный из колец электротехнической стали, на котором намотаны шесть катушек A-z-B-x-C-y (статор). Внутри статора помещен ротор. Они отделены зазором d.

Подключим к источнику напряжения катушки A и x; ток в них создает магнитный поток , направление которого показано на рис. 19.2.

Если отключить от источника катушки А и х, и подключить катушки В и у, то магнитный поток в системе займет положение .

Далее можно рассмотреть изменение направления потока при подключении к источнику катушек С и z.

Затем можно предложить способы постепенного уменьшения токов в катушках А и х и увеличения их в катушках В и у. При этом, очевидно, магнитное поле, мерой которого является поток , будет плавно поворачиваться от оси катушек А и х к оси катушек В и у, и так далее. Получаем вращающееся поле. Скорость его вращения определяется скоростью изменения токов в парах катушек A-x, B-y, C-z.

Естественно, мы должны экономно использовать материалы, заложенные в электрическую машину и сконструируем катушки так, что они будут занимать всю внутреннюю поверхность статора (расточку статора). Такие катушки образуют распределенную обмотку.

Мы занимаемся изучением двухфазной электрической машины.

Выполним анализ магнитного поля, созданного двухфазной обмоткой статора. Две образующие ее однофазные обмотки распределены в пазах сердечника статора (рис. 19.3), внутренний диаметр которого D (диаметр расточки статора).

Рис. 19.3. Простейшая двухфазная электромеханическая система.

Оси обмоток, определяемые направлениями максимальных абсолютный значений МДС фаз, а-х (первая фаза) и b-y (вторая фаза) сдвинуты в пространстве на .

Пусть фазы обмотки нагружены симметричными токами:

Представим упрощенную развернутую схему обмотки.

Для этого мысленно разрежем цилиндрическое тело статора по образующей, совпадающей с серединой проводника а фазы а-х, и развернем статор на плоскость (рис. 19.4).

Рис. 19.4. Упрощенная развернутая схема двухфазной обмотки.

На рис. 19.4:

- полюсное деление - часть окружности расточки статора, приходящаяся на один полюс.

Распределение МДС, созданной такой обмоткой в зазоре, имеет сложный характер. Ранее было оговорено, что процессы преобразования энергии рассматриваются нами при учете только основных гармонических полей. Поэтому на рис. 19.4 приведены основные гармонические МДС фаз Fa и Fb. За начало координат (отсчета углов) принята ось фазы а.

Для МДС фазы а справедливо уравнение:

(19.1)

Помня простые тригонометрические соотношения, уравнение (19.1) можно записать в следующем виде:

(19.2)

Каждое из слагаемых в правой части уравнения (19.2) - вращающаяся волна МДС, распределенная в пространстве вдоль координаты по гармоническому закону с амплитудой . Если наблюдать за какими-либо точками этих волн, имеющими постоянные значения МДС, то для этих точек

Очевидно, что . Дифференцируя по t, находим

и

Поэтому первое слагаемое в правой части (19.2) - прямая волна, вращающаяся в направлении положительных углов , а второе слагаемое - обратная волна .