Получение вращающегося магнитного поля. В простейшем случае в пазах статора размещаются три обмотки (катушки), смещенные друг от друга на 1200

В простейшем случае в пазах статора размещаются три обмотки (катушки), смещенные друг от друга на 120⁰. На рис. 5.2 показана развернутая на плоскость схема обмотки статора и схема торца статора в этом случае.

Каждая из катушек создает пульсирующий синусоидальный магнитный поток, причем эти потоки смещены по фазе на 120⁰ относительно друг друга.

Ф_А = Ф_msinωt;

Ф_В = Ф_msin (ωt – 120⁰);

Ф_С = Ф_msin (ωt +120⁰);

Рис. 5.2. Схема статорной обмотки двухполюсного асинхронного двигателя, развернутая на плоскость (а) и ее вид с торца статора (б).

Изобразим магнитные потоки на плоскости, на которой размещены катушки статорной обмотки, (рис. 5.3), при этом магнитные потоки Ф_А, Ф_В и Ф_С пульсируют перпендикулярно плоскости катушек А-х, В-у и C-z соответственно.

Рис. 5.3. Схема размещения фаз обмотки статора и векторов магнитных потоков (а); диаграмма вращающегося магнитного потока (б).

Спроецировав магнитные потоки на оси координат, получаем

Ф_х = Ф_А – Ф_Вcos 60⁰ – Ф_Сcos 60⁰ = Ф_msinωt - Ф_msin (ωt – 120⁰) cos 60⁰ - Ф_msin (ωt +120⁰) cos 60⁰ = 3/2 Ф_msinωt;

Ф_у = – Ф_Вcos 30⁰ + Ф_Сcos 30⁰ = - Ф_msin (ωt – 120⁰) cos 30⁰ +

+ Ф_m sin (ωt +120⁰) cos 30⁰ = 3/2 Ф_mcosωt;

Результирующий магнитный поток = 3/2 Ф_m

Таким образом, величина результирующего магнитного потока неизменна во времени.

Из рис. 5.3 находим

α = arctg = arctg = arctgtgωt = ωt,

т.е. величина α зависит от времени и угловой частоты питающего напряжения ω.

За время одного периода изменения питающего напряжения t = Т магнитный поток повернется на уголα_Т = ωТ = 2πfT = 2π T = 2π,

гдеf – частота питающего напряжения в Гц.

Таким образом частота вращения магнитного потока равна частоте питающего напряжения, т.е. при частоте питающей сети 50 Гц магнитный поток совершит 50 об/сек или 3000 об/мин.

Рассмотрим диаграмму мгновенных токов в фазах обмотки статора (рис.5.4.а) и схему магнитных потоков обмотки, состоящей из трех катушек для моментов времени t₁ и t₂ (рис. 5.4б).Крестиками и точками обозначено направление токов в проводах обмотки статора.

Рис. 5.4. Диаграмма мгновенных токов (а); схема магнитных потоков для моментов времени t₁ (б) и t₂ (в) двухполюсной статорной обмотки.

За положительное направление принято направление тока от начала обмоток А,В,С к их концам X,Y,Z. В момент времени t₁ токи i_A и i_C положительны, а ток i_В отрицателен. Это означает, что в началах обмоток А и С и в конце обмотки Y ток будет направлен от нас, а начале обмотке В и концах обмоток X и Z – к нам. В момент времени t₂ ток i_Aположителен, а токи i_В и i_C отрицательны. Это означает, что в начале обмотки А и в концах обмоток Y и Z ток будет направлен от нас, а началах обмоток В и С и в конце обмотки X– к нам.

Из рассмотрения магнитных силовых линий, возникающих при таких направлениях токов, следует, что, статорная обмотка с тремя катушками позволяет получить двухполюсное вращающееся магнитное поле.

Можно показать, что частота вращения магнитного поля зависит не только от частоты питающего напряжение f, но и от числа полюсов самого магнитного поля:

n₀ = 60 f/р - об/мин,

где р – число пар полюсов магнитного поля.

Угловая скорость вращения магнитного поля

Ω₀ = 2πf/р = ω/р - рад/с.

Многополюсные асинхронные двигатели получают за счет введения дополнительных катушек в обмотку статора. Соответствие между количеством катушек статорной обмотки К_ст, числом пар полюсов р, и частотой вращения магнитного поля n₀ при промышленной частоте сети f = 50 Гц приведено в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Кст
р
n0