Вращающееся магнитное поле
Основным принципом работы машин переменного тока является генерация вращающегося магнитного поля, что заставляет ротор вращаться со скоростью, зависящей от скорости вращения магнитного поля.
Вращающееся магнитное поле в машинах переменного тока
Теперь мы объясним, как вращающееся магнитное поле может генерироваться в статоре и воздушном зазоре переменного тока с помощью переменного тока.
Рисунок 1 - Двухполюсный трехфазный статор
Рассмотрим статор, показанный на рисунке 1, который поддерживает обмотки aa ', bb' и cc '. Катушки геометрически расположены на расстоянии 120◦ друг от друга, и к катушкам подается трехфазное напряжение. Токи, генерируемые трехфазным источником, также разнесены на 120 °, как показано на рисунке 2 ниже.
Рисунок 2 - Трехфазные токи обмотки статора
Фазовые напряжения, на которые ссылается нейтральная клемма, затем будут выражаться выражениями //
где ω e - частота подачи переменного тока или линейная частота. Катушки в каждой обмотке устроены таким образом, что распределение потока, генерируемое любой одной обмоткой, является приблизительно синусоидальным.
Такое распределение потока может быть получено путем соответствующего размещения групп катушек для каждой обмотки поверх поверхности статора. Так как катушки разнесены на 120 ° друг от друга, распределение потока, полученное из суммы вкладов трех обмоток, представляет собой сумму потоков из-за отдельных обмоток, как показано на рисунке 3.
Рисунок 3 - Распределение потока в трехфазной обмотке статора как функция угла поворота
Таким образом, поток в трехфазной машине вращается в пространстве по векторной диаграмме рис. 4, а поток постоянный по амплитуде. Стационарный наблюдатель на статоре машины видел бы синусоидально изменяющееся распределение потока, как показано на рисунке 3.
Рисунок 4 - Вращающийся поток в трехфазной машине
Так как результирующий поток на фиг. 3 генерируется токами на фиг. 2, скорость вращения потока должна быть связана с частотой синусоидальных фазных токов. В случае статора на фиг. 1 число магнитных полюсов, возникающих в результате конфигурации намотки, равно 2.
Однако также возможно настроить обмотки так, чтобы они имели больше полюсов. Например, на рисунке 5 показан упрощенный вид четырехполюсного статора.
Рисунок 5 - Четырехполюсный статор
В общем случае скорость вращающегося магнитного поля определяется частотой тока возбуждения f и числом полюсов, присутствующих в статоре p в соответствии с
где n s (или ω s) обычно называют синхронной скоростью.
Теперь структура обмоток в предыдущем обсуждении одинакова, является ли машина переменного тока двигателем или генератором. Различие между ними зависит от направления потока энергии. В генераторе электромагнитный крутящий момент представляет собой реакционный момент, который противостоит вращению машины; это крутящий момент, против которого работает первичный двигатель.
С другой стороны, в двигателе вращательное (движущее) напряжение, генерируемое в арматуре, противостоит приложенному напряжению. Это напряжение представляет собой счетчик (или обратно) ЭДС. Таким образом, описание вращающегося магнитного поля, данное до сих пор, относится как к двигателю, так и к генератору в машинах переменного тока.
Как описано выше, магнитное поле статора вращается в машине переменного тока, и поэтому ротор не может «догнать» поле статора и находится в постоянном стремлении к нему.
Поэтому скорость вращения ротора будет зависеть от числа магнитных полюсов, присутствующих в статоре и роторе.
Величина вращающего момента, создаваемого в машине, зависит от угла γ между магнитными полями статора и ротора. Точные выражения для этого момента зависят от того, как генерируются магнитные поля и будут даны отдельно для двух случаев синхронных и индукционных машин.
Что общего для всех вращающихся машин, так это то, что количество полюсов статора и ротора должно быть одинаковым, если необходимо создать крутящий момент. Далее, число полюсов должно быть четным, так как для каждого северного полюса должен быть соответствующий южный полюс.
Одной из важных характеристик электрической машины является способность генерировать постоянный электромагнитный крутящий момент.
При использовании машины с постоянным крутящим моментом можно избежать пульсаций крутящего момента, которые могут привести к нежелательной механической вибрации в самом двигателе и других механических компонентах, прикрепленных к двигателю (например, механические нагрузки, такие как шпиндели или ременные приводы). Постоянный крутящий момент может не всегда достигаться, хотя будет показано, что эта цель достигается, когда токи возбуждения многофазные.
Общим правилом в этом отношении является то, что желательно, насколько это возможно, создавать постоянный поток на полюс.
Интересное видео вращающегося магнитного поля
Ссылка // Основы электротехники Джорджио Риццони, Университет штата Огайо (покупка у Амазонки)