ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ (асинхронные) МАШИНЫ

Получение вращающегося магнитного поля.

Асинхронным двигателем называется машина, которая преобразует электрическую энергию переменного тока в механическую и у которой скорость вращения ротора зависит от нагрузки.

Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные двигатели, работа которых основана на использовании вращающегося магнитного поля.

Вполне законченная совершенная конструкция асинхронного двигателя была разработана в 1889 г. М.О. Доливо-Добровольским, который применил трехфазный ток для получения вращающегося магнитного поля.

При питании трехфазным переменным током трех катушек, расположенных в пространстве под углом 120^о относительно друг друга, образуется суммарное магнитное поле, постоянное по величине и меняющее свое направление в пространстве.

На рисунке 27 изображен стальной цилиндр с пазами на внутренней поверхности. В пазы уложены три катушки С₁ – С₄; С₂ – С₅; С₃ – С₆, сдвинутые между собой на угол 120^о.

Если включить эти катушки в сеть трехфазного тока, то по ним пойдут токи:

по первой ;

по второй ;

по третьей .

а – для момента времени t₁; б – для момента времени t₂; в – для момента времени t₃.

Рисунок 27 – Намагничивающая сила и вращающийся магнитный поток статора.

Токи, протекающие по катушкам, создают намагничивающие силы (Iw). Геометрическая сумма н.с. дает общую намагничивающую силу, которая и создает суммарное магнитное поле.

Чтобы выяснить, как изменяется суммарное магнитное поле во времени и пространстве, рассмотрим изменения токов, а следовательно, и н.с. в отдельных катушках и определим общую н.с. в разные моменты времени. Условимся положительным направлением тока в катушке (фазе) считать ток, направленный от начала катушки к ее концу (т.е. в первой фазе – от С₁ к С₄; во второй фазе – от С₂ к С₅; в третьей фазе – от С₃ к С₆).

На рисунке 27, а показано распределение токов и геометрическое суммирование н.с. отдельных фаз в момент времени t₁ = 0.

В этом случае

;

; ;

; .

При построении диаграммы н.с. следует помнить, что вектор н.с. катушки всегда расположен по оси катушки перпендикулярно к ее плоскости. Направление и величина н.с. зависят от тока, протекающего по катушке.

Векторы н.с. образуют равнобедренный треугольник, у которого сторона, лежащая против угла 120^о, равна

. (60)

Это и будет суммарная н.с. всех фаз. В момент времени t₂, при котором (рис. 27, б), получим:

; ;

; ;

; .

Из данной диаграммы рис. 27, б видно, что сумма н.с. первой и третьей фазы равна и вектор этой н.с. совпадает по направлению с н.с. второй фазы. Тогда суммарная н.с. будет равна

При этом вектор суммарной н.с., оставаясь постоянным по величине, повернется на угол 30^о.

В момент времени t₃, при котором (рис. 27, в), получим

; ;

; ;

; .

Из диаграммы рис. 27, в следует, что сумма н.с. аналогично диаграмме рис. 27, а будет равна .

Вектор суммарной н.с. не изменяя своей величины, повернется на 60^о относительно положения, соответствующего моменту t₁ = 0.

Продолжая аналогичные построения для других моментов времени, можно убедиться, что в любой момент времени t величина суммарной н.с. будет оставаться постоянной.

За время одного периода Т вектор суммарной н.с., а следовательно, и суммарный магнитный поток, сделает один оборот; в одну секунду число оборотов равно частоте тока.

Таким образом, скорость вращения суммарного магнитного потока будет

[об/сек] или [об/мин]. (61)

Лекция № 10