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.

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.

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:

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:

  • Врез = Вт Vsin 2 ?t + cos 2 ?t = Вт;

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:

  • а = ?t = 2?/TxT=2?;

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:

  • п = 50-60 = 3000 об/мин;

Описанная система именуется двухфазным вращающимся магнитным полем.

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 .

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.

По материалам сайта: http://fazaa.ru