Točivé magnetické pole
Základním principem činnosti střídavých strojů je vytváření točivého magnetického pole, které způsobuje otáčení rotoru rychlostí závislou na rychlosti otáčení magnetického pole.
Nyní si vysvětlíme, jak lze pomocí střídavých proudů vytvořit točivé magnetické pole ve statoru a vzduchové mezeře střídavého stroje.
Uvažujme stator zobrazený na obrázku 1, který nese vinutí a-a′, b-b′ a c-c′. Cívky jsou od sebe geometricky vzdáleny 120◦ a na cívky je přivedeno třífázové napětí. Proudy generované třífázovým zdrojem jsou rovněž vzdáleny 120◦, jak je znázorněno na obrázku 2 níže.
Fázová napětí vztažená k nulové svorce by pak byla dána výrazy //
kde ωe je frekvence střídavého zdroje, nebo síťová frekvence. Cívky v každém vinutí jsou uspořádány tak, aby rozložení toku generovaného kterýmkoli vinutím bylo přibližně sinusové.
Takového rozložení toku lze dosáhnout vhodným uspořádáním skupin cívek pro každé vinutí na povrchu statoru. Protože jsou cívky od sebe vzdáleny 120◦, je rozložení toku, které vznikne součtem příspěvků tří vinutí, součtem toků připadajících na jednotlivá vinutí, jak je znázorněno na obr. 3.
Tok v třífázovém stroji se otáčí v prostoru podle vektorového diagramu na obrázku 4 a tok má konstantní amplitudu. Stacionární pozorovatel na statoru stroje by viděl sinusově se měnící rozložení toku, jak je znázorněno na obrázku 3.
Protože výsledný tok z obrázku 3 je generován proudy z obrázku 2, musí rychlost otáčení toku souviset s frekvencí sinusových fázových proudů. V případě statoru z obrázku 1 je počet magnetických pólů vyplývajících z konfigurace vinutí 2.
Je však také možné konfigurovat vinutí tak, aby mělo více pólů. Například na obrázku 5 je znázorněn zjednodušený pohled na stator se čtyřmi póly.
Obecně, rychlost točivého magnetického pole je určena frekvencí budicího proudu f a počtem pólů přítomných ve statoru p podle
kde ns (nebo ωs) se obvykle nazývá synchronní rychlost.
Nyní je struktura vinutí v předchozím pojednání stejná, ať už je střídavý stroj motor nebo generátor. Rozdíl mezi nimi závisí na směru toku výkonu. V generátoru je elektromagnetický moment reakčním momentem, který působí proti otáčení stroje; je to moment, proti kterému vykonává práci primární motor.
Jak bylo popsáno výše, magnetické pole statoru se ve střídavém stroji otáčí, a proto rotor nemůže statorové pole „dohnat“ a neustále ho stíhá.
Rychlost otáčení rotoru bude proto záviset na počtu magnetických pólů přítomných ve statoru a v rotoru.
Velikost točivého momentu vytvářeného ve stroji je funkcí úhlu γ mezi magnetickými poli statoru a rotoru. Přesné výrazy pro tento točivý moment závisí na způsobu generování magnetických polí a budou uvedeny zvlášť pro oba případy synchronních a indukčních strojů.
Všem točivým strojům je společné to, že počet pólů statoru a rotoru musí být stejný, má-li být generován nějaký točivý moment. Dále musí být počet pólů sudý, protože pro každý severní pól musí existovat odpovídající jižní pól.
Jednou z důležitých požadovaných vlastností elektrického stroje je schopnost generovat konstantní elektromagnetický točivý moment.
Pomocí stroje s konstantním točivým momentem se lze vyhnout pulzacím točivého momentu, které by mohly vést k nežádoucím mechanickým vibracím samotného motoru a dalších mechanických součástí připojených k motoru (např. mechanických zátěží, jako jsou vřetena nebo řemenové pohony). Konstantního točivého momentu nemusí být vždy dosaženo, i když bude ukázáno, že je možné tohoto cíle dosáhnout, pokud jsou budicí proudy vícefázové.
Všeobecným pravidlem v tomto ohledu je, že je žádoucí, pokud je to možné, vytvářet konstantní tok na pól.
Zajímavé video točivého magnetického pole
.