Вращающееся магнитное поле

Одним из важнейших преимуществ трехфазной системы яв­ляется простота получения вращающегося магнитного поля. На основе вращающегося магнитного поля работает устройство самых распространенных электродвигателей, асинхронных двигателей трехфазного тока, а также часто применяемых синхронных двигателей. Кроме того, посредством вращающегося магнитного поля приводятся в действие многие измерительные приборы и аппараты регулирования и управления.

Возбуждение магнитного поля трехфазной системой токов

Рисунок 2. Возбуждение магнитного поля трехфазной системой токов.

Путем последовательного изменения направления постоянно­го тока в двух катушках, оси которых образуют угол 90°, можно заставить магнитную стрелку постепенно поворачиваться в пре­делах 360°. Но переключаемый постоянный ток легко заменить переменным, который сам будет изменять направление. При этом необходимо, чтобы изменения направления тока в двух катушках происходили не одновременно. Этому требованию удовлетворя­ют два переменных тока, сдвинутые по фазе один относительно другого на четверть периода. На рис. 1 показана система из двух одинаковых катушек, оси которых образуют угол 90°. Для придания большей равномерности магнитному полю каждая из катушек разделена на две части.

Так как токи относительно сдвинуты по фазе на четверть пе­риода, то магнитные индукции в полях, ими возбуждаемых, дол­жны быть также сдвинуты по фазе одна по отношению к другой. Этому условию сдвига по фазе удовлетворяют синусоида и коси­нусоида.

Если мгновенное значение индукции в поле первой катушки:

то мгновенное зна­чение индукции в поле второй катуш­ки должно быть:

здесь Вm — амплиту­да магнитной индук­ции, одинаковая в обеих катушках.

Закладываясь в середине устройства, два переменных маг­нитных поля образу­ют результирующее магнитное поле, ин­дукция в котором будет:

Возбуждение магнитного поля двумя переменными токами одинаковой частоты

Рисунок 1. Возбуждение магнитного поля двумя переменными токами одинаковой частоты.

так как направления полей катушек вза­имно перпендику­лярны (см. рис. 1). Подставив в выражение Вре3 значения В1 и В2 как функций времени, получим:

Следовательно, результирующее магнитное поле устройства Врез постоянно по величине, хотя оно и складывается из двух пе­ременных магнитных полей.

Определим теперь положение результирующего поля в про­странстве. По отношению к оси первой катушки это поле обра­зует угол, определяемый условием:

на основании чегоa = ?t, т. е. угол, образуемый осью резуль­тирующего поля по отношению к оси катушки, равномерно изме­няется и за время одного периода переменного тока:

т. е. поле делает полный оборот.

В секунду поле делаетf оборотов, а число оборотов поля в минутуn = f• 60

Таким образом, при стандартной промышленной частоте чис­ло оборотов поля в минуту составит:

Описанная система именуется двухфазным вращающимся магнитным полем.

http://youtu.be/eHWfULJYaHM

Для возбуждения его нужна двухфазная система переменных токов. Такая система требует для передачи энергии не менее трех проводов (см. рис. 1). Векторы двух линейных токов /л рассматриваемой системы образуют угол 90°, поэтому вектор тока в общем проводе /о определяется как гипо­тенуза равнобедренного прямоугольного треугольника. На осно­вании чего ток

Значительно выгоднее получать вращающееся магнитное по­ле посредством трехфазной системы токов, как это было предло­жено М. О. Доливо-Добровольским. Для получения трехфазного вращающегося поля нужны три одинаковые катушки (рис. 2), оси которых образуют углы по 120°.

Можно подсчитать, что в этом случае результирующее поле Врез= 1,5 вm, т. е. оно тоже постоянно по величине.

Это поле вращается в плоскости осей катушек с угловой ско­ростью ?, как и выше рассмотренное двухфазное поле. Сопоставим теперь условия двухфазного и трехфазного вращающихся полей. При двухфазной системе необходимы два про­вода, рассчитанные на линейный ток /л, и третий провод, рассчи­танный на силу тока ?2 /л. Магнитная индукция во вращающем­ся двухфазном поле равна Вт. При трехфазной системе необхо­димы три одинаковых провода, рассчитанные каждый на силу тока /л, а индукция во вращающемся поле имеет величину 1,5 Вт.

http://youtu.be/AVJwNiemOSo

Следовательно, для двухфазной системы нужно большее се­чение проводов, а вращающееся поле создается в 1,5 раза слабее, чем в трехфазной системе. По этим причинам двухфазный ток, изобретенный раньше трехфазного (чешским инженером Тесла), в настоящее время применяется только в некоторых специальных устройствах.

КОММЕНТАРИИ
  • Добавить комментарий

Top