Магнитное поле обмоток переменного тока

Для облегчения анализа магнитного поля машины используют ряд допущений

1. Так как магнитная проницаемость стали, из которой изготовлены сердечники машины, намного больше магнитной проницаемости воздуха, то принимая µ_ст = ∞ считают, что напряженность магнитного поля в сердечниках:

Тогда все магнитное напряжение, создаваемое токами обмоток, концентрируется в немагнитных частях машины, то есть в зазоре и в пазах. Поле в зазоре называется главным магнитным полем. Магнитные линии этого поля сцепляются как с обмотками статора, так и с обмотками ротора.

Поле в пазах представляет собой поле рассеяния, так как линии этого поля сцепляются только с обмотками статора.

2. Считая магнитное поле линейным, можно использовать метод наложения и определить магнитное поле машины как сумму магнитных полей отдельных катушек или секций обмотки.

Рассмотрим сначала картину распределения МДС и магнитной индукции поля в зазоре машины с простейшей трехфазной обмоткой. Поскольку величина зазора υ намного меньше его радиуса r можно заменить кольцевой зазор плоским

Выберем момент времени, когда ток в фазе B=0 (I_B=o), I_A>0, I_c<0/

СХЕМА

Вначале определим кривую распределения МДС каждой катушки в отдельности.

Если ток в катушке изменяется по гармонич-му закону , то МДС будет также изменяться во времени по гармон-му закону.

Таким образом МДС катушки представляет собой неподвижную в пространстве, пульсирующую с частотой W=2πf волну.

Хотя МДС в каждой точке зазора изменяется по гармон-му закону во времени, однако в пространстве кривая МДС в каждой катушке имеет прямоугольную форму. Эту кривую можно разложить в ряд Фурье.

V – номер гармоники

Кривая содержит все нечетные гармоники х –координата точка в зазоре. Отчитывается от оси катушки.

Амплитуда каждой гармоники определяется по формуле:

Формула МДС для V-го момента времени.

Для улучшения условий работы желательно чтобы МДС имела гармоническое пространственное распределение. Приближению формы кривой МДС к синусоиде способствует распределение обмотки и укорочение шага.

Приблизительная форма кривой МДС трехфазной распределительной обмотки с укороченным шагом.

Первая гармоника F₁ хорошо вписывается в эту гармонику. Кривая не содержит гармонику кратную трем.

СХЕМА

Третьи гармоники МДС симметричные к трехфазной обмотке имеют сдвиг фаз по времени φ_т=0, сдвиг фаз в пространстве φ_х=120ºпоэтому при сложении МДС трех фаз третьи гармоники взаимно уничтожаются.

Кривая магнитной индукции при отсутствии пазов повторяла бы форму кривой МДС, только в другом масштабе. Однако наличие пазов и зубцов на статоре искажает форму кривой магнитной индукции, так как в области пазов магнитное поле ослабляется.

Над пазами кривая магнитной индукции имеет провалы. На форму кривой индукции влияет также насыщение сердечника, так как в действительности ст≠∞ это приводит к уплощению формы кривой магнитной индукции. Поскольку в области больших индукций насыщения складывается сильнее.

СХЕМА

Уплощение кривой магнитной индукции в большей степени проявляется в машинах с малым зазором. Наличие зубцов и пазов приводит к появлению высших гармоник зубцового порядка.