1.1.2. Потокосцепления электрической машины

Если пренебречь насыщением магнитопровода АД, то магнитные потоки, сцепляющиеся с его обмотками, будут пропорциональны соответствующим МДС. Рассмотрим основные соотношения между этими величинами.

Допустим, что статор и ротор трехфазного АД симметричны, параметры обмотки ротора приведены к обмотке статора и рабочий зазор машины равномерный. Схематически эти обмотки показаны на рисунке.

С обмоткой фазы  статора сцепляются магнитные потоки, создаваемые как ею самой, так и всеми остальными обмотками. Часть магнитного потока, создаваемого самой обмоткой сцепляется только с ее собственными витками и называется потоком рассеяния. Другая часть, помимо витков самой обмотки охватывает также витки других обмоток и называется главным или основным магнитным потоком. Индуктивность , связывающая поток рассеяния обмотки с протекающим в ней током, называется индуктивностью рассеяния, а индуктивность , определяющая потокосцепление с основным потоком – взаимной индуктивностью или индуктивностью основного потока. При отсутствии токов в обмотках ротора можно представить потокосцепление фазы  в виде

                                                                                     (1)

где  и  – взаимные индуктивности статорных обмоток.

Если две обмотки статора АД имеют одинаковые параметры, то магнитный поток, создаваемый током второй обмоткой и сцепляющийся с витками первой, будет полностью идентичен потоку, создаваемому первой обмоткой и сцепляющимся с витками второй, при условии одинаковых токов и совпадения расположения осей двух обмоток в пространстве. Очевидно, что при этих условиях картина магнитного поля будет одинаковой независимо от того, по какой из обмоток протекает ток. Следовательно, индуктивность основного потока статорных обмоток  будет равна их взаимной индуктивности при условии совмещения геометрических осей.

Смещение осей обмоток в пространстве на угол  вызовет изменение их взаимной индуктивности, пропорциональное косинусу угла сдвига, т.е.  , где  – взаимная индуктивность обмоток при совмещении их осей. При отсутствии нулевого провода  и выражение (1) можно преобразовать с учетом того, что  и  к виду

                               (2)

Индуктивность  соответствует полной индуктивности статорной обмотки, включающей ее индуктивность от потока рассеяния , индуктивность от части основного магнитного потока, созданной самой обмоткой , и индуктивность от части основного потока, созданной двумя другими обмотками статора . Таким образом, полная индуктивность обмотки статора от основного магнитного потока  в 3/2 раза больше ее индуктивности , рассчитанной при отсутствии токов в других обмотках.

В силу симметрии статора, для других обмоток можно записать аналогичные выражения –  и , а затем объединить фазные проекции в обобщенный вектор потокосцепления статора при отсутствии токов ротора –

                                           (3)

Следует заметить, что при анализе индуктивностей не вводилось никаких ограничений на пространственное распределение магнитного потока по зазору машины, поэтому полученные выражения справедливы при любом характере распределения магнитного поля.

Наличие токов в обмотках ротора приведет к появлению дополнительных составляющих потокосцеплений обмоток статора. Если ось фазы  ротора смещена в пространстве на некоторый угол  (см. рис.), то взаимные индуктивности обмоток ротора и фазы  статора можно определить через соответствующие углы, образуемые их осями в виде –

где  – взаимные индуктивности обмоток при . Тогда полное потокосцепление обмотки фазы  статора при наличии токов ротора и с учетом того, что нулевой провод ротора отсутствует, будет

Но взаимная индуктивность обмоток фазы  статора и ротора при нулевом смещении осей  равна , т.к. параметры обмоток ротора приведены к статорным и приближенно можно считать, что при совпадении их осей картина магнитного поля будет такой же, как при совпадении осей статорных обмоток. Поэтому . По аналогии для двух других фаз:  и .

Объединяя потокосцепления фазных обмоток в обобщенный вектор потокосцепления, получим

                                                                                                                    (4)

В силу симметрии связей между статором и ротором аналогичное выражение можно записать для потокосцепления ротора –

                                                                                                                  (5)

В выражениях (4) и (5) векторы тока ротора и статора записаны в различных системах координат. Так в первом выражении ток статора записан в неподвижной системе координат , связанной со статором, а ток ротора во вращающейся (смещенной на текущий угол ) системе координат , связанной с ротором, т.е. в полной записи с индексами систем координат –

Если обе части уравнения потокосцепления ротора умножить на оператор поворота , то оно будет преобразовано в систему координат статора  и примет вид

_.

Таким образом, при записи обобщенных векторов в одинаковых системах координат выражения для потокосцепления имеют одинаковую форму и индексы системы в них можно опустить. Тогда окончательно потокосцепления статора и ротора с учетом всех токов АД и независимо от выбранной системы координат можно представить в виде

                                                                                                   (6)

Из выражений (6) следует, что потокосцепления статора и ротора раскладываются на составляющие обусловленные собственным током ( и ) и током другой части АД ( и ).

Пользуясь тем, что сумма токов статора и ротора образует ток намагничивания АД, т.е., потокоцепления статора и ротора можно также представить через основной магнитный поток  и потоки рассеяния статора  и ротора –

                        (7)

Различного вида асимметрия параметров АД и/или источника питания при наличии нулевого провода вызывает появления в обмотках статора токов нулевой последовательности. Так как для нулевой составляющей справедливо , то, подставляя эти значения в выражение (1.2.2) для потокосцепления обмотки фазы a статора, получим

Очевидно, что аналогичные выкладки для потокосцеплений обмоток фаз  и  приведут к такому же результату, т.е. . Таким образом, потокосцепления составляющих нулевой последовательности для всех обмоток одинаковы и определяются индуктивностью рассеяния _.