Электродвижущая сила фазы

В основе работы машин переменного тока лежит использование вращающегося магнитного поля. При вращении магнитного поля относительно проводников обмотки в этой обмотке индуцируется ЭДС. Так как относительно проводников поочередно проходят полюсы разной полярности, то индуцируемая ЭДС будет изменять свое направление (знак), т. е. будет переменной.

Частота индуцируемой ЭДС (число периодов в секунду)

f = pn /60,

где p – число пар полюсов, n – число оборотов магнитного поля в минуту (частота вращения магнитного поля, об/мин).

Форма кривой ЭДС зависит от формы кривой распределения магнитного поля на полюсном делении. В общем случае кривая распределения индукции имеет несинусоидальный характер, которую можно разложить в гармонический ряд (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Разложение кривой индукции магнитного поля в гармонический ряд

Амплитуды высших гармоник уменьшаются с увеличением их номера. Гармоники кривой индукции называются пространственными, так как их распределение является функцией пространственных координат и от времени не зависят. Для пространственных гармоник характерной особенностью является увеличение числа их полюсов и уменьшение полюсного деления пропорционально их порядку.

В обмотке фазы кроме ЭДС 1-й гармоники будут индуцироваться ЭДС от высших гармоник магнитного поля. Обычно требуется, чтобы ЭДС была практически синусоидальна. При несинусоидальной ЭДС появляются высшие гармоники ЭДС и тока. Это приводит к увеличению потерь в генераторах и приёмниках электрической энергии, возникновению помех в близлежащих линиях связи.

Уменьшение высших гармонических ЭДС достигается за счет распределения обмотки по пазам и укорочения шага у.

Искажение кривой ЭДС вызывается также пульсациями магнитного поля вследствие зубчатого строения статора и ротора. В результате этого в магнитном поле появляются гармоники, называемые зубцовыми. Для уменьшения зубцовых гармоник в кривой ЭДС применяют скос пазов. Если скос выполняется на статоре, то он производится на одно зубцовое деление ротора, а если на роторе – на одно зубцовое деление статора.

От поля 1-ой (основной) гармоники в обмотке фазы индуцируется ЭДС

e₁ = √2 E₁ sin ωt ,

где E₁ – действующее значение ЭДС.

В общем случае, когда обмотка фазы имеет укорочение шага, распределение по пазам и скос пазов, действующее значение ЭДС одной фазы для 1-й гармоники равно

E₁ =4,44f w k_w1Ф₁, (2.11)

где w – общее число последовательно соединенных витков фазы, определяющее её ЭДС;

k_w1= k_у1 k_р1 k_ск1 – обмоточный коэффициент для 1-й гармоники; k_у1 – коэффициент укорочения; k_р1 – коэффициент распределения обмотки; k_ск – коэффициент скоса;

Ф₁ = В_ср1 τ l – поток на полюсное деление, создаваемый индукцией 1-й гармоники поля; В_ср1 – среднее значение индукции; τ = πD/(2p) – полюсное деление; D – диаметр якоря; l – активная длина проводника.

Для синусоиды В_ср1 = (2/π) В_δm1, где В_δm1 – амплитуда индукции 1-й гармоники поля в зазоре машины.

Коэффициент укорочения k_у1 <1 учитывает уменьшение ЭДС 1-й гармоники при укорочении шага обмотки.

Коэффициент распределения обмотки k_р1 <1 характеризует уменьшение ЭДС 1-й гармоники вследствие распределения обмотки на каждом полюсном делении по q пазам.

Коэффициент скоса k_ск <1 учитывает уменьшение ЭДС 1-й гармоники при скосе пазов.