МДС трехфазной обмотки

В трехфазных обмотках МДС отдельных фаз сдвинуты в пространстве на или на 120°эл. Поскольку по фазам обмотки проходит трехфазный переменный ток, фазные токи которого сдвинуты во времени также на 120°эл (или на 1/3 периода), то и синусоидальные пульсации МДС фаз обмотки также сдвинуты по фазе во времени на 1/3 периода. В результате сложения синусоидально распределенных в пространстве и синусоидально пульсирующих во времени МДС трех фаз создается результирующая МДС трехфазной обмотки, которая имеет постоянную не пульсирующую амплитуду синусоидальной волны МДС, которая перемещается по окружности статора. Возникает вращающееся магнитное поле трехфазной обмотки.

Действительно, если мгновенные значения МДС фаз А, В и С равны: фаза А: ;

фаза В: ;

фаза С: ,

то результирующая МДС трехфазной обмотки равна:

,

где: при m = 3.

Это и есть амплитуда волны МДС, постоянная по величине.

МДС трехфазной обмотки перемещается от фазы к фазе так, что её амплитуда F_3Ф совпадает с осью той фазы, в которой в данный момент ток имеет максимальное значение.

Поскольку токи в фазах устанавливаются поочередно в порядке следования фаз А: В: С, то и направление перемещения МДС будет таким же. Чтобы изменить направление перемещения МДС, надо изменить чередование фаз.

За целый период изменения тока МДС обмотки переместится на двойное полюсное деление 2t. Следовательно, линейная скорость перемещения равна: = 2t₁∙f₁, а частота вращения определяется известной уже формулой: .

Рассмотрим картину вращения магнитодвижущей силы в другой форме. Будем использовать простейшую модель статора с трехфазной обмоткой, состоящей из трех витков фаз.

Из рисунков видно, что за счет изменения токов в фазах по величине и направлению результирующая МДС F_3Ф трехфазной обмотки перемещается в пространстве, осуществляя вращательное движение. Если токи в фазах изменяются несимметрично, т.е. у них будут неодинаковые амплитуды, то и амплитуда МДС F_3Ф, будет непостоянной. В этом случае говорят, что вращающееся магнитное поле является не круговым, а эллиптическим. Такое может случится при несимметричной нагрузке генератора или даже при обрыве цепи одной из фаз. Если работает только одна фаза, то магнитное поле будет не вращающимся, а пульсирующим.

Таким образом, для создания вращающегося магнитного поля необходимо размещение в пазах статора не менее двух фаз обмотки статора, сдвинутых в пространстве относительно друг друга, и протекание по ним переменных токов, сдвинутых по фазе во времени.

МДС высших гармоник также создают вращающиеся магнитные поля. Поскольку они создаются одним и тем же током I₁ основной частоты f₁, а число пар полюсов у них равно p_m = m p₁, то частота вращения высших гармонических магнитных полей в m раз меньше, чем у основного поля: .

Направление вращения высших гармонических полей зависит от номера гармоники. Если номер гармоники равен m = 6к + 1,

где к = 1, 2, 3,¼, то поле гармоники вращается в ту же сторону, что и первая. Если номер гармоники равен m = 6к – 1, то в обратную сторону (например, у 5- ой гармоники).

При этом все гармоники МДС, кратные трем (3-я, 9-я, 15-я и т.д.) отсутствуют, поскольку фазные токи этих гармоник совпадают по фазе во всех трех фазах и взаимоуничтожаются.

ЭДС, которые индуктируют магнитные поля высших гармоник, имеют основную частоту f₁, поскольку:

.