Образование в электрической машине периодического магнитного поля является только необходимым, но все же не достаточным условием для получения периодической зависимости индуктивностей обмоток от угла поворота ротора у. В этом можно убедиться на примере простейшего принципиального исполнения электрической машины—машины с одной обмоткой на статоре, образующей периодическое поле. Если магнитопровод такой машины выполнить в виде гладкого круглого цилиндра, ось которого совпадает с осью вращения, то немагнитный зазор между статором и ротором не будет зависеть от углового положения ротора. А это означает, что при фиксированном токе в обмотке статора периодическое поле, его потокосцепление с обмоткой и, следовательно, индуктивность обмотки будут оставаться одними и теми же независимо от углового положения ротора. Для получения периодической зависимости индуктивности обмотки статора такой машины от углового положения ротора его магнитопроводу необходимо придать такую форму, чтобы немагнитный зазор между сердечниками статора и ротора, а следовательно, образующееся периодическое поле и его потокосцепление с обмоткой и индуктивность обмотки находились в периодической зависимости от углового положения ротора. Это достигается следующим:
применением зубчатого магнитопровода ротора, в котором зазор в области пазов делается во много раз большим, чем в области зубцов, и, следовательно, обеспечивается значительно меньшая удельная магнитная проводимость зазора в области пазов по сравнению с удельной проводимостью в области зубцов;
использованием эксцентрично расположенного цилиндрического магнитопровода, ось которого смещена по отношению к оси вращения на эксцентриситет е. В таком исполнении максимальный зазор 8тах превышает минимальный 8mm на величину удвоенного эксцентриситета 2е. Можно считать, что такой ротор имеет один «зубец» в зоне 8min и одну «впадину» в зоне 6тах;
применением гибкого кольцеобразного магнитопровода ротора, который, деформируясь под воздействием периодического магнитного поля, приобретает зубчатую форму с плавными переходами от «выступов-зубцов» к «впадинам-пазам». Число «зубцов» такого ротора вдвое превышает число периодов поля, которое вызвало его деформацию.
Таким образом, простейшим принципиальным исполнением электрической машины является машина с одной обмоткой на статоре с зубчатым или эксцентрично расположенным цилиндрическим или гибким кольцевым магнитопроводом ротора, получившая название реактивной машины.
Значительно лучшими свойствами и более разнообразными характеристиками обладают машины другого возможного принципиального исполнения — машины с двумя обмотками на статоре.
В машинах с двумя обмотками на статоре для получения периодической зависимости взаимоиндуктивности между обмотками от углового положения ротора магнитопровод ротора из тех же соображений должен иметь одно из конструктивных исполнений, пригодных для однообмоточной машины. А именно, может быть применен зубчатый магнитопровод, эксцентрично расположенный цилиндрический магнитопровод, гибкий кольцеобразный магнитопровод.
Таким образом, еще одним несколько более сложным принципиально возможным исполнением электрической машины является машина с двумя обмотками на статоре с зубчатым или эксцентрично расположенным цилиндрическим или гибким кольцевым магнитопроводом ротора, получившая название индукторной машины.
Следует подчеркнуть, что в машинах с одной или двумя взаимно неподвижными обмотками на статоре свойства машины зависят в основном от формы магнитопровода ротора (количества и формы зубцов зубчатого магнитопровода, эксцентриситета расположения цилиндрического ротора, деформации гибкого ротора под воздействием магнитного поля). В некоторых случаях магнитопровод статора в таких машинах имеет форму цилиндра, на поверхности которого предусмотрены небольшие по ширине пазы для размещения распределенной разноименнополюсной обмотки. При таком исполнении зубчатость магнитопровода статора не оказывает заметного влияния на изменение индуктивности обмоток (индуктивность изменяется таким же образом, как при гладком цилиндрическом магнитопроводе статора) и свойства машины зависят только от формы магнитопровода ротора. Это дает право называть такой магнитопровод статора гладким.
Более интенсивные периодические изменения индуктивности или взаимоиндуктивности и другие положительные свойства в машинах с одной или двумя обмотками на статоре удается получить, если магнитопровод статора выполнить с зубцами, форма и количество которых находятся в особых соотношениях с формой и количеством зубцов магнитопровода ротора. При таком исполнении зубчатость магнитопровода статора (количество и форма его зубцов) оказывает существенное влияние на изменение индуктивности обмоток, и свойства машины почти в одинаковой мере зависят как от формы магнитопровода ротора, так и от зубчатости магнитопровода статора. Это дает право называть такой магнитопровод статора зубчатым.
Однако наиболее интенсивные периодические изменения взаимоиндуктивности между обмотками и, следовательно, наиболее эффективное электромеханическое преобразование энергии удается получить в наиболее важном и наиболее распространенном принципиально возможном исполнении электрической машины — в машине с двумя обмотками, одна из которых располагается на статоре, а другая — на роторе.
В этом исполнении периодические знакопеременные изменения взаимоиндуктивности между обмотками связаны с изменением взаимного расположения обмоток при вращении ротора. В подавляющем большинстве случаев в таких машинах обе обмотки: и статорная, и роторная — выполняются разноименнополюсными. Причем для обеспечения возможно большей максимальной взаимоиндукции число периодов статорной и роторной обмоток берется одинаковым.
Форма магнитопроводов статора и ротора в таких машинах может быть различной. Как магнитопровод статора, так и магнитопровод ротора может быть выполнен либо неявнополюсным (или гладким), либо явнополюсным (или зубчатым).
Неявнополюсный магнитопровод имеет форму цилиндра, на поверхности которого имеются небольшие пазы для размещения распределенной разноименнополюсной обмотки. В неявнополюсном исполнении зубчатость магнитопровода оказывает пренебрежительно малое влияние на взаимоиндуктивность между обмотками, в связи с чем он может быть назван гладким. В явнополюсном магнитопроводе полюса образуются крупными зубцами, занимающими большую часть полюсного деления. В широких пазах между зубцами размещается сосредоточенная разноименнополюсная обмотка. В явнополюсном исполнении зубчатость магнитопровода (соотношение между размерами зубцов, пазов и зазора; форма поверхности зубцов, обращенной к статору) оказывает известное влияние на максимальную взаимоиндуктивность и форму кривой изменения индуктивности, в связи с чем он может быть назван зубчатым.
Таким образом, наиболее важным и наиболее распространенным принципиально возможным исполнением электрической машины является машина, с разноименнополюсными обмотками на статоре и роторе, которую принято называть электрической машиной в обычном исполнении или обычной электрический машиной.
Наконец, имеется еще одно принципиально возможное исполнение электрической машины. Это так называемая машина с когтеоб-разными полюсами, которая может заменить собой машину предыдущего исполнения. Статор в этом исполнении устроен так же, как в предыдущем; на его магнитопроводе укреплена разноименнополюс-ная обмотка. А вместо явнополюсного магнитопровода ротора с однофазной разноименнополюсной обмоткой применен когтеобразный магнитопровод с кольцевой обмоткой, имеющий такое же число полюсов, как разноименнополюсная обмотка статора.
