logo
Электротехника и авТоматиЗация мелиоративных и водохозяйственных систем

9.3. Вращающееся многополюсное поле

Токи в трехфазной обмотке могут возбуждать не только двухполюсное, но и многополюсное вращающееся магнитное поле. Для этого количество катушек в фазе увеличивают в число раз, равное требуемому числу пар полюсов р магнитного поля, а размеры катушек — уменьшают во столько же раз. Например, для создания поля с двумя парами полюсов (р = 2) в каждую фазу обмотки статора включают по две катушки (рис. 9.6, а), а их угловые размеры (по сравнению с катушками двухполюсной обмотки рис. 9.5) уменьшают в два раза, т. е. стороны витков укладывают в пазы, расположенные под углом 180/2 = 90° (рис. 9.6, б), а оси катушек разных фаз располагают под углами 120/2 == 60°.

Скорость вращения магнитного поля, образующего две пары полюсов, будет в два раза меньше, чем скорость вращения двухполюсного поля, так как за один период изменения токов полюсы пово­рачиваются на пространственный угол, равный 180°.

В справедливости этого можно убедиться путем построения картин поля, аналогичных рассмотренным выше (см. рис. 9.5).

Если в зазоре машины будет возбуждено шестиполюсное магнитное поле, то за один период изменения токов в катушках статора ось поля повернется на угол 120°, при восьми полюсном магнитном поле — на 90 и т. д. Иначе говоря, при неизменной частоте токов в катушках фаз обмоток статора многополюсное магнитное поле вращается в пространстве медленнее двухполюсного в число раз, равное числу пар полюсов.

Поэтому угловая скорость вращения многополюсного магнитного поля относительно обмотки статора, называемая синхронной скоростью, может быть выражена формулой

[рад/с]

Соответственно частота вращения многополюсного поля меньше частоты вращения двухполюсного поля в число раз, равное количеству пар полюсов:

Во всех машинах переменного тока стремятся обеспечить пространственное распределение магнитной индукции поля вдоль воздушного зазора между статором и ротором по закону, близкому к синусоидальному, с тем, чтобы ослабить вредное влияние высших гармонических составляющих поля и токов на энергетические показатели работы и механические свойства машин. Желательное распределение получают укладкой сторон витков катушек обмотки в несколько рядом лежащих пазов. Для этого каждую многовитковую катушку обмотки разделяют на соответствующее число секций.

Пространственное распределение векторов магнитной индукции вращающегося магнитного поля в воздушном зазоре машины можно представить трехмерной диаграммой, изображенной на рис. 9.7 для шестиполюсной машины (р = 3); эту диаграмму следует представить себе вращающейся по окружности воздушного зазора с синхронной скоростью.

Вращающееся магнитное поле машины количественно характеризуют потоком Ф вектора магнитной индукции В через поверхность полюсного деления с площадью τl. Этот поток называют потоком полюса.

Для определения величины потока полюса пользуются средним значением Вср магнитной индукции по площади полюсного деления:

Ф = Всрτ1.

При синусоидальном распределении магнитной индукции с амплитудным значением Вт, когда ее среднее значение Вср = 2Вт/π, величину потока полюса определяют соотношением

Отметим, что в трехфазной асинхронной машине, включенной в сеть с симметричной трехфазной системой напряжений, величина потока полюса вращающегося магнитного поля сохраняется неизменной при любом положении оси поля.

Поля рассеяния

Общее представление об особенностях полей рассеяния можно получить из рассмотрения рис. 9.8, где схематично изображены линии поля машины, сцепленные лишь с одной катушкой обмотки статора. Подобную картину имеют и остальные линии поля рассеяния статора, а также линии поля рассеяния ротора. Вблизи отогнутых головок катушек или торцовых колец короткозамкнутой обмотки они целиком находятся в воздухе; вдоль сторон катушек, расположенных в пазах — частично в стали, а частично в воздухе между зубцами магнитопровода.

Если учесть, что магнитные напряжения ферромагнитных участков магнитных линий полей рассеяния пренебрежимо малы по сравнению с магнитным напряжением участков этих линий в воздухе, то можно заключить, что практически вся энергия поля рассеяния будет сосредоточена в магнитно-нейтральной среде. В отличие от основного вращающегося поля машины магнитные поля рассеяния не участвуют в процессе передачи электромагнитной энергии между статором и ротором, а их интенсивность незначительна.

Величины потокосцеплений Ψ1σt и Ψ2σt полей рассеяния обмоток статора и ротора можно cчитать прямо пропорциональными мгновенным значениям токов в обмотках:

Ψ1σt = L1σi1 и Ψ2σt = L2σi2,

где = L1σ и L2σ — индуктивности рассеяния фаз обмоток статора и ротора, принятые в качестве неизменных параметров обмоток машины.

Такое упрощение допустимо для полей рассеяния трехфазных асинхронных машин основного исполнения и для машин с фазным ротором.

В дальнейшем будет показано, что хотя поля рассеяния обмоток являются слабыми по сравнению с основным полем, однако пренебрегать ими нельзя, так как они оказывают значительное влияние на рабочие свойства машины.