Створення магнітного поля, що обертається

Пульсуюче магнітне поле. При випробуванні обмотки однофазним змінним струмом створюється пульсуюче магнітне поле, вектор індукції якого впродовж періоду Т, що відповідає куту рад, змінюється від нуля до +В_т знову до нуля, далі до -В_т і знову до нуля. (Це справедливо, якщо знехтувати магнітним опором феромагнітних частин машини).

На рис. 10.3а розподіл індукції показаний в момент часу, що відповідає. В загальному випадку індукція по осі обмотки дорівнює. В кожній точці повітряного проміжку, розміщеній на відстані х від осі обмотки, буде індукція

(10.3)

Кожний з членів правої частини (10.3) являє собою біжучу хвилю з амплітудою, де одна обертається проти, а інша - за годинниковою стрілкою. Дійсно, х вибране довільно; значить, завжди (або); тоді

(10.4)

тобто координата х безперервно збільшується (по колу) з часом.

Швидкість обертання хвилі можна визначити продиференціювавши вираз (10.4); тоді з урахуванням (В.3)

(10.5)

Отже, пульсуюче магнітне поле можна представити

Рис. 103. Розподіл індукції в повітряному зазорі (а) і розташування вектора пульсуючого поли (б)

у вигляді двох полів, що обертаються в протилежні боки. При повороті на 360° ел., або 2 рад, кожний вектор 0,5В_т описує коло (рис. 10.36), таке поле називається коловим.

Колове поле при трифазній обмотці. При виясненні принципу виконання трифазного трансформатора (див. я, 9.1) було показано, що сумарний магнітний потік

трьох обмоток, по яких течуть синусоїдальні струми, зсунуті в часі на кут 120°, або рад, але магнітні осі яких співпадають, дорівнює нулю [див.(9.1)].

Трифазна обмотка статора рівномірно розподілена по колу (рис. 10.1) і магнітні осі фаз а, і с зсунуті в просторі на куг 120° ел., або рад. Магнітні індукції фаз дорівнюють відповідно: ,.

Визначимо результуючу індукцію у довільно взятій точці В (рис. 1.0.4), що знаходиться від осі а на відстані х (зсув за годинниковою стрілкою).

Рис. 10.4. До визначення результуючої індукції в точці із трифазної обмотки

Для цього спроектуємо вектори, і на вісь, що проходить через точку В, беручи до уваги, що від осей і точка В знаходиться на відстані і (зсув проти годинникової стрілки). Кожна фаза створює пульсуюче магнітне поле, тому аналогічно (10.3) отримаємо індукцію в точці від кожної з цих фаз:

(10.6а)

(10.6б)

(10.6в)

Отримано шість магнітних полів, що обертаються, причому три з них [другі члени рівнянь (10.6)] взаємно знищують одне одного, так як

(10.7)

Таким чином, результуюча індукція в точці, буде

(10.7)

тобто трифазна обмотка створює хвилю з амплітудою 1,5В_т що обертається в просторі зі швидкістю.

На основі викладеного зробимо важливий висновок: поле, що обертається, може бути утворене багатофазною обмоткою при наявності, одночасного зсуву фаз в часі і в просторі.

При симетричному зсуві в часі і симетрії струмів, що проходять по фазах, а також при симетричному розташуванні цих фаз у просторі поле є коловим.

Амплітуда результуючої хвилі розташована так, де в даний момент складова індукції максимальна (тобто максимальний струм фази). Дійсно, коли, тобто при, звідки. Якщо в даний момент струм максимальний в фазі, то тобто і.(точка В на рис. 10.4 знаходиться зліва на осі а).

Отже, результуюча хвиля магнітної індукції перетинає осі фаз обмотки в такій послідовності, в якій струми в фазах проходять через максимум. Звідси випливає важливий практичний висновок: для вимірювання напряму обертання магнітного поля необхідно змінити хід чергування фаз, тобто поміняти місцями під'єднаний виводів двох фаз до мережі.

Колове поле при двофазній обмотці. В симетричній двофазній обмотці магнітні осі взаємно перпендикулярні, а струми зсунуті на.

Магнітні індукції по осях фаз дорівнюють і. Міркуючи аналогічно знайдемо індукцію в точці Д що відстає від осі а на відстань х:

Оскільки, рівняння біжучої хвилі прийме вигляд

(10.8)

тобто двофазна обмотка створює хвилю з амплітудою В_т, а швидкість її розповсюдження дорівнює.

Колове поле при м-фазній обмотці. Звернемо увагу, що амплітуда результуючого поля двофазної обмотки а у трифазної обмотки.

При симетричній m-фазній обмотці, коли фази зсунуті в просторі на кут рад, а струми в часі - на цей же кут, рівняння біжучої хвилі має вигляд

(10.9)

Отже, будь-яка симетрична m-фазна обмотка створює магнітне поле, що обертається, амплітуда якого дорівнює, а швидкість -.

Еліптичне поле. При недотриманні хоча б однієї з умов утворення колового поїш результуючий вектор магнітної індукції описує в просторі еліпс. З рис. 10.5 бачимо, що вектор що описує еліпс можна подати у вигляді суми двох векторів; В_т - прямого і В_зв - зворотного, що обертаються в різні боки з однаковими швидкостями.

Доказом цьому є відоме положення про те, що будь-яку несиметричну багатофазну систему можна проаналізувати, використовуючи метод симетричних складових. Так, несиметрична трифазна система може бути розкладена на симетричні складові прямої, зворотної і нульової послідовностей. Остання, не маючи часового зсуву, не утворює обертального поля, а створює лише додаткові втрати енергії. Тому еліптичне поле можна розглядати як результат додавання двох різних за величиною кругових полів, які обертаються в різні сторони. Практично це призводить до того, що зворотне поле "гальмує" ротор, зменшуючи ефективність дії прямого поля (див. ч. 11). Таке явище може мати місце, якщо в електричній машині через ті чи інші причини подано несиметричне живлення.

Контрольні запитання

1. Де розміщена обмотка якоря машини змінного струму, чому?

2. Що таке коефіцієнт розподілу; чому надається перевага шестизонним обмоткам?

3. Що таке число пазів на полюс і фаза?

4. З якою метою виконуються вкорочення обмоток, які бувають величини вкорочення?

5. Що таке коефіцієнт вкорочення і обмотковий коефіцієнт?

6. Як можна уявити пульсуюче поле однофазної обмотки?

7. Чому дорівнює швидкість біжучої хвилі; яке поле називається коловим?

8. Які існують умови створення колового обертального поля? Як це довести при трьох-, двох- і т- фазних обмотках?

9. Чому дорівнює амплітуда хвилі те-фазної обмотки?

10. Що таке еліптичне поле, як воно може бути представлено і чому воно виникає?

Дата добавления: 2014-01-04