Пульсирующее магнитное поле

Магнитная цепь большинства электрических машин выполнена в виде двух коаксиальных цилиндров, набранных из стальных листов и отделенных друг от друга воздушным зазором (рис. 8.18).

Неподвижный внешний цилиндр называется статором, вращающийся внутренний – ротором. В пазы статора укладывается обмотка с числом витков w _С, по которой протекает синусоидальный ток i. Рассмотрим характер магнитного поля в воздушном зазоре ротор–статор, величина которого δ.

При указанном на рисунке положительном направлении тока линии магнитной индукции в теле ротора направлены снизу вверх. Можно считать место выхода линий из статора северным магнитным полюсом (N), а место входа – южным (S). Иными словами, при наличии одной обмотки получается поле с одной парой полюсов. Чем ближе линии расположены к полюсам, тем большее число витков w они охватывают, тем больше намагничивающая сила iw вдоль этих линий.

Основное сопротивление магнитному потоку представляет воздушный зазор, причем каждая линия магнитной индукции пересекает зазор дважды. Поэтому, применяя закон полного тока для одной из этих линий, получим:

Таким образом, индукция в зазоре B пропорциональна току i и числу охватываемых контуром витков w обмотки.

Зависимость магнитной индукции от местоположения точки в зазоре имеет ступенчатую форму. Если разрезать статор по оси обмотки и развернуть его вдоль горизонтальной прямой, то зависимость B (α) будет выглядеть так, как показано на рис. 8.19. При большом числе пазов форма кривой приближается к косинусоиде, которая также показана на рисунке. Фактически это основная гармоника разложения ступенчатой зависимости в ряд

Фурье. Если пренебречь высшими гармониками, то можно считать, что магнитная индукция распределяется в зазоре по косинусоидальному закону. Ее максимум лежит на оси обмотки, а в точке, смещенной от положительного направления оси на угол α, индукция равна .

При синусоидальном токе в обмотке магнитная индукция на оси обмотки также изменяется во времени по синусоидальному закону: так что в любой точке зазора Распределение индукции в зазоре в разные моменты времени показано на рис. 8.20. Направление, в котором основная гармоника магнитной индукции всегда имеет наибольшее значение, называется осью магнитного поля. Магнитное поле, положение оси которого неизменно в пространстве, а индукция изменяется во времени, называется пульсирующим. В дальнейшем для упрощения обмотку будем изображать в виде одного витка, расположенного перпендикулярно оси обмотки, а индукцию – вектором , направленным в соответствии с правилом буравчика (рис. 8.21).