Вращающееся магнитное поле

Трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя получает энергию от трехфазной сети. Ее назначение - создать в магнитной цепи вращающееся магнитное поле. Для создания двухполюсного вращающегося магнитного поля необходимо создать пространственный сдвиг оси фазных обмоток на 120°. Предположим, что виток одной фазы обмотки статора двухполюсного асинхронного двигателя размещают в двух диаметрально противоположных пазах, магнитное поле изображено на рис.6.3.

Рис.6.3

.

Рис. 6.4

Такое распределение магнитной индукции нельзя назвать удачным. Двигатель имеет лучшие показатели, если индукция распределена вдоль зазора по закону, близкому к синусоидальному. Для получения такого распределения магнитной индукции обмотку укладывают в несколько пазов, и делают её с укороченным шагом, (рис.6.4.) Проводники второй и третьей фазы обмотки статора создают аналогичные поля, сдвинутые в пространстве на 120°.

Если одну фазу подключить к сети однофазного тока ƒ = 50 Гц, то магнитное поле этой фазы распределится вдоль воздушного зазора по синусоидальному закону, неподвижно в пространстве и изменяется во времени с частотой 50 Гц.

Обмотка статора соединяется в "звезду" или в "треугольник" и подключается к питающей трехфазной цепи. Сопротивление обмоток одинаково, в пазах статора они уложены симметрично. Амплитуды токов, текущих по обмотке одинаковы и сдвинуты во времени на ^Т/_3. Эти токи создадут магнитные поля, также сдвинутые во времени на ^Т/_3. Магнитные поля отдельных фаз, складываясь, дадут результирующее магнитное поле двигателя. Магнитная индукция результирующего поля будет распределена вдоль воздушного зазора так же по синусоидальному закону, ее амплитудное значение в 3/2 раза больше амплитуды магнитной индукции одной фазы В = ³/₂В_ф.

Результирующее магнитное поле вращается с постоянной скоростью вдоль воздушного зазора. Чтобы показать это построим картину магнитного поля для нескольких моментов времени периода синусоидального тока. Будем считать, что положительное направление фазное магнитное поле имеет в том случае, если ток течет от начала (А, В, С) к концу (X,Y,Z) фазной обмотки. График токов в фазных обмотках дан на рисунке 6.8.

Рис 6.5 Рис. 6.6

В момент времени t=0 ток в фазе A равен нулю и не создает магнитного поляi_A = 0; B_A = 0. Ток в фазе B меньше нуля i_B<0, то есть течет от конца обмотки к началу (от Y к B).

Рис. 6.7

Магнитная индукция поля фазы B будет направлена противоположно направлению, указанному на рис. 6.7. Ток в фазе C положителен i>0, то есть течет от начала к концу (от C к Z). Направление вектора магнитной индукции положительно. Вектор магнитной индукции результирующего поля может быть получен как сумма векторов B и –B. Аналогично можно получить вектора магнитной индукции результирующего поля в моменты времени t₂=^T/₃и t₃=^2π/₃, принимая во внимание, что

при t₂=^T/₃: i_B=0; B_B=0; i_a>0; B_a>0; i_c<0; B_c<0;

а при t₃=^2π/₃: i_c=0; B_c=0; i_a<0; B_a<0; i_B>0; B_B>0.

Если сравнить картину магнитных полей и векторные диаграммы, можно убедиться, что за время, равное периоду T результирующее магнитное поле двухполюсного асинхронного двигателя повернется в пространстве на 360°, то есть сделает полный оборот.

Рис. 6.8

Угловая скорость вращения поля,

ω₀= ^2π/_T= 2πƒ,

где ƒ - частота тока в статоре. Если n₀ - скорость вращения поля (об/мин).

n₀ = 60ƒ, при ƒ = 50 Гц; n₀ = 3000 об/мин.

Скорость вращения магнитного поля двухполюсной асинхронной машины n₀ = 3000 об/мин.

Часто двигатели выполняются с большим числом полюсов (4, 6 и т.д.). Обмотка каждой фазы статора в таких двигателях состоит из нескольких частей, которые соединены последовательно или параллельно (рис. 6.8 а). Если двигатель имеет, например, шесть полюсов, то за время t=T его поле повернётся на 120°.

В общем случае ω₀= ^2πƒ/_p, где p - число пар полюсов. Отсюда n₀ - скорость вращения магнитного поля у многополюсной машины n₀=^60ƒ/_p.