B. OBWODY MAGNETYCZNE I ELEKTRYCZNE MASZYN ELEKTRYCZNYCH

1. Pol magnetyczne ME - rodzaje, sposoby wytwarzania, rozkładanie, sumowanie, warunki powstawania pola wirującego kołowego, wyższe harmoniczne strefowe i czasowe.

- Pole stałe - oś nieruchoma, stały kierunek względem układu odniesienia, zwrot i wartość stałe. Można je wytworzyć przy pomocy magnesów trwałych lub elektromagnesów zasilanych prądem stałym (np. jeden zwój zasilony prądem stałym umieszczony w żłobkach nieruchomego wirnika cylindrycznego).

- Pole przemienne - oś nieruchoma, stały kierunek względem układu odniesienia, zwrot i wartość ulegają zmianom w czasie. Szczególnym przypadkiem jest pole pulsujące, które przy nieruchomej osi u zmiennej wartości zachowuje stały zwrot. Wytwarzamy zasilając uzwojenie maszyny prądem przemiennym o częstotliwości f.

- Pole wirujące - oś wiruje względem układu odniesienia, przy zachowaniu stałego zwrotu. Typowym przypadkiem jest pole wirujące kołowe o stałej wartości. Spotyka się również pola wirujące eliptycznie, w których wartość ulega zmianom przy zachowaniu stałego zwrotu wzdłuż wirującej osi. Wytwarzamy za pomocą wirującego elektromagnesu zasilanego prądem stałym. Jeżeli na obwodzie maszyny umieścimy m różnych cewek i zasilimy je dowolnymi co do fazy i wartości prądami o takiej samej częstotliwości to powstanie pole eliptyczne. Rzeczywisty kształt krzywej pola zależy od sposobu rozmieszczenia uzwojenia oraz od kształtu szczeliny.

Rozkładanie i sumowanie pól.

- Pole wirujące kołowe wytwarzamy przez zastosowanie uzwojenia trójfazowego zasilanego prądem trójfazowym. Można je uzyskać tylko wtedy, gdy zachowana jest zależność:
gdzie: α_m - kąt między początkami dwóch sąsiednich zwojów uzwojenia, α_e - kąt przesunięcia fazowego między prądami zasilającymi, p - liczba par biegunów. Kierunek wirowania pola zależy przy określonym rozmieszczeniu uzwojeń poszczególnych faz, od kolejności faz prądu. Prędkość wirowania pola zależy od częstotliwości prądu zasilającego oraz liczby par biegunów uzwojenia:
.

- sumowanie dwu pól kołowych wirujących z tą samą prędkością w tym samym kierunku daje wypadkowe pole kołowe wirujące z tą samą prędkością i w tym samym kierunku co pola składowe.

- sumowanie dwu pól o jednakowych amplitudach, wirujących z tą samą prędkością lecz w przeciwnych kierunkach daje pole przemienne o 2-krotnie większej amplitudzie pól składowych.

- sumowanie dwu pól wirujących w przeciwnych kierunkach z taką samą prędkością o różnych amplitudach tworzy pole wirujące eliptycznie. Szczególnym przypadkiem jest pole eliptyczne kołowe, które powstaje w przypadku zniknięcia jednego z pól składowych.

O właściwościach maszyny decyduje przede wszystkim pole podstawowej harmonicznej. Pola wyższych harmonicznych nie pozostają jednak bez wpływu na przebieg zjawisk i są na ogół przyczyna niepożądanych skutków: zniekształcenie krzywych napięcia czy powstawanie momentów pasożytniczych.

2. Uzwojenia maszyn bezkomutatorowych - rodzaje, podstawowe parametry, gwiazda żłobkowa, sporządzanie schematów.

Większość maszyn ma co najmniej dwa uzwojenia: jedno w stojanie, drugie w wirniku. Uzwojenie, w którym indukują się napięcia i prądy nazywamy uzwojeniem twornika. Uzwojenie które zasilamy prądem w celu wytworzenie pola magnetycznego nazywamy uzwojeniem wzbudzenia.

Podstawowym elementem każdego uzwojenia jest zwój składający się z dwu boków. Boki umieszczane są w żłobkach rdzenia i stanowią części czynne uzwojenia. Boki połączone są tzw. połączeniami czołowymi, które położone są poza rdzeniem. Nawijając szeregowo pewną liczbę zwojów tworzymy zezwój.

Charakterystyczną wielkością dla uzwojenia jest poskok y - jest to rozpiętość pomiędzy bokami zezwoju i określamy go w liczbie żłobków.

Podziałka biegunowa wyrażona w liczbie żłobków jest to odległość między osiami dwu sąsiednich różnoimiennych biegunów:
gdzie: Ż - całkowita liczba żłobków na obwodzie maszyny. Uzwojenie o poskoku równym podziałce biegunowej nazywamy uzwojeniem średnicowym, jeżeli poskok jest mniejszy od podziałki to uzwojenie nazywamy cięciwowym.

Gwiazda napięć żłobkowych są to wykresy wskazowe napięć indukowanych przez pole 1 harmonicznej w bokach umieszczonych w poszczególnych żłobkach.

Zasady sporządzania schematów:

- obliczenie kąta mechanicznego między sąsiednimi żłobkami:

- obliczenie kąta elektrycznego między wektorami gwiazdy napięć żłobkowych:

- obliczenie podziałki biegunowej:

- obliczenie liczby żłobków na biegun i fazę:

- wykreślenie gwiazdy napięć żłobkowych

3. Współczynnik uzwojenia (grupy i skrótu).

- Współczynnik skrótu jest to stosunek amplitudy napięcia indukującego się w zezwoju o poskoku cięciwowym do amplitudy napięcia jakie indukowało by się w tym zezwoju wykonanym jako średnicowy:
. Wartość współczynnika zależy od poskoku uzwojenia i od kształty fali pola. Dla przebiegów sinusoidalnych otrzymujemy:
gdzie:
jest to kąt pomiędzy napięciami indukującymi się w lewym i prawym boku zezwoju cięciwowego.

- Współczynnik grupy jest to stosunek amplitudy napięcia grupy rozłożonej do amplitudy napięcia, jakie wystąpiłoby w przypadku skupienia wszystkich zezwojów grupy w jednej parze żłobków o poskoku średnicowym:
. Wartość współczynnika zależy od liczby żłobków na biegun i fazę oraz od kształtu linii pola. Dla przebiegów sinusoidalnych współczynnik grupy określany jest stosunkiem geometrycznej sumy napięć w zezwojach do algebraicznej sumy tych napięć:
.

- Współczynnik uzwojenia jest to iloczyn współczynników skrótu i uzwojenia:
. Współczynnik ten jest niezbędny do wyznaczenia napięcia indukującego się w fazie uzwojenia:
. Odpowiedni dobór współczynnika uzwojenia pozwala ograniczyć wpływ wyższych harmonicznych w napięciu.

---