Обертове магнітне поле

Одним з найважливіших переваг трифазної системи є простота отримання обертового магнітного поля. На основі обертового магнітного поля працює пристрій найпоширеніших електродвигунів, асинхронних двигунів трифазного струму, а також часто застосовуються синхронних двигунів. Крім того, за допомогою магнітного поля приводяться в дію багато вимірювальні прилади і апарати регулювання і управління.

Порушення магнітного поля трифазного системою струмів

Малюнок 2. Порушення магнітного поля трифазного системою струмів.

Шляхом послідовного зміни напрямку постійного струму в двох котушках, осі яких утворюють кут 90 °, можна змусити магнітну стрілку поступово повертатися в межах 360 °. Але перемикається постійний струм легко замінити змінним, який сам буде змінювати напрямок. При цьому необхідно, щоб зміни напрямку струму в двох котушках відбувалися не одночасно. Цій вимозі задовольняють два змінних струму, зсунуті по фазі один відносно іншого на чверть періоду. На рис. 1 показана система з двох однакових котушок, осі яких утворюють кут 90 °. Для надання більшої рівномірності магнітного поля кожна з котушок розділена на дві частини.

Так як струми щодо зрушені по фазі на чверть періоду, то магнітні індукції в полях, ними порушуваних, повинні бути також зміщені по фазі одна по відношенню до іншої. Цій умові зсуву по фазі задовольняють синусоїда і косинусоид.

Якщо миттєве значення індукції в поле першої котушки:

  • В1= Вт cos? t;

то миттєве значення індукції в поле другої котушки має бути:

  • В2 = Вт sin? t;

тут, вm - Амплітуда магнітної індукції, однакова в обох котушках.

Закладаючись в середині пристрою, два змінних магнітних поля утворюють результуючий магнітне поле, індукція в якому буде:

  • Bрез =? В21 + В22
Порушення магнітного поля двома змінними струмами однакової частоти

Малюнок 1. Порушення магнітного поля двома змінними струмами однакової частоти.

так як напрямки полів котушок взаємно перпендикулярні (див. рис. 1). Підставивши у вираз Вре3 значення У1 і В2 як функцій часу, отримаємо:

  • Вріз = Вт Vsin2 ?t + cos2 ?t = Вт-

Отже, результуючий магнітне поле пристрою Врез постійно по величині, хоча воно і складається з двох змінних магнітних полів.

Визначимо тепер становище результуючого поля в просторі. Стосовно осі першої котушки це поле утворює кут, який визначається умовою:

  • tga = B2/ B1= Sin? T / cos? T = tg? T;

на підставі чегоa =? t, т. е. кут, утворений віссю результуючого поля по відношенню до осі котушки, поступово змінюється і за час одного періоду змінного струму:

  • а =? t = 2? / TxT = 2 ?;

т. е. полі робить повний оборот.

У секунду поле делаетf оборотів, а число обертів поля в мінутуn = f • 60

Таким чином, при стандартній промисловій частоті число обертів поля в хвилину складе:

  • п = 50-60 = 3000 об / хв;

Описана система іменується двофазним обертовим магнітним полем.

Для збудження його потрібна двухфазная система змінних струмів. Така система вимагає для передачі енергії не менше трьох проводів (див. Рис. 1). Вектори двох лінійних струмів /л розглянутої системи утворюють кут 90 °, тому вектор струму в загальному проводі / о визначається як гіпотенуза рівнобедреного прямокутного трикутника. На підставі чого струм

  • /0 =? 2I2л =? 2Iл.

Значно вигідніше отримувати обертове магнітне поле за допомогою трифазної системи струмів, як це було запропоновано М. О. Доліво-Добровольським. Для отримання трифазного обертового поля потрібні три однакові котушки (рис. 2), осі яких утворюють кути по 120 °.

Можна підрахувати, що в цьому випадку результуючий поле Врез= 1,5 уm, т. е. воно теж постійно по величині.

Це поле обертається в площині осей котушок з кутовий швидкістю?, Як і вище розглянуте двофазне поле. Порівняємо тепер умови двухфазного і трифазного обертових полів. При двофазної системі необхідні два дроти, розраховані на лінійний струм /л, і третій провід, розрахований на силу струму? 2 /л. Магнітна індукція в обертовому двухфазном поле дорівнює Вт. При трифазній системі необхідні три однакових дроти, розраховані кожен на силу струму /л, а індукція в обертовому поле має величину 1,5 Вт.

Отже, для двофазної системи потрібно більший перетин проводів, а обертається поле створюється в 1,5 рази слабкіше, ніж в трифазній системі. З цих причин двофазний струм, винайдений раніше трифазного (чеським інженером Тесла), в даний час застосовується тільки в деяких спеціальних пристроях.


» » » Обертове магнітне поле