Вращающееся магнитное поле

Тема 6. Электрические машины переменного тока

Электрические машины переменного тока могут быть однофазными и многофазными. Наиболее широкое распространение нашли синхронные и асинхронные машины, а также коллекторные машины переменного тока. Принцип действия этих машин основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Вращающееся магнитное поле можно получить с помощью двух одинаковых катушек, питаемых переменным током, если их оси сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90⁰, а также с помощью трех одинаковых катушек, оси которых сдвинуты в пространстве на угол 120⁰.

Рисунок 6.1. Схема пространственного расположения катушек на статоре двухполюсного асинхронного двигателя (а) и график изменения в них тока (б)

Рисунок 6.2. Упрощённые картины магнитных полей, созданных токами i₁, i₂ и i₃ в фазах обмотки статора двухполюсного двигателя в различные моменты времени

На рис.6.2. изображены картины магнитных полей, созданных переменными токами i₁, i₂ и i₃ в различные моменты времени всеми тремя катушками I, II и III. Предположим, что ток в любой катушке положительный, когда направлен от начала к её концу, и отрицательный, когда направлен от конца к началу.

Начала катушек обозначим А, В и С, а их концы – Х, Y и Z. Направления токов в сторонах катушки показаны точками и крестиками.

В момент времени, соответствующий ωt=0° (рис. 6.1.б) i₁=0, i₂ отрицателен, i₃ положителен. Следовательно, по катушке I ток проходить не будет. В катушке II он будет направлен от конца Y к началу В. В катушке III – от начала С к концу Z. Картина магнитного поля, образованного токами i₂ и i₃ (рис.6.2.а), построена по правилу буравчика.  

а) 0°

Через 1/6 периода (ωt=60°) ток i₁ будет иметь некоторое положительное значение. Ток i₂ будет ещё отрицательным, а ток i₃ станет равным нулю. Следовательно, по катушке I ток будет направлен от начала А к концу Х. В катушке II - от конца Y к началу В. В катушке III тока нет. Направление результирующего магнитного поля, созданного катушками, при этом изменится, и магнит 2 повернётся на угол 60° (рис.6.2.б).  

Если поместить внутри статора 1 с катушками постоянный магнит 2, то под действием магнитного поля, создаваемого катушками, он будет занимать горизонтальное положение. Направление результирующего поля внутри статора условно показано стрелкой.

б) 60°

Ещё через 1/6 периода (ωt=120°) ток i₁ будет всё ещё иметь положительное направление (рис. 7.1.б), ток i₂ станет равным нулю, а ток i₃ – отрицательным. При этом в катушке I ток будет направлен от начала А к концу Х. В катушке II - тока не будет, а в катушке III он будет направлен от конца Z к началу С. Созданное катушками магнитное поле снова изменит своё направление и магнит 2 опять повернётся на угол 60° (6.2.в).  

в) 120°

Продолжая рассматривать процесс прохождения токов i₁, i₂ и i₃ по катушкам обмотки статора машины и определяя направление созданного магнитного поля (рис 7.2. г, д, е), можно легко доказать, что в течение одного периода изменения тока магнитный поток машины, а следовательно, и находящийся в её поле магнит повернётся на один оборот.

Таким образом, при питании трёхфазным током трёх катушек, сдвинутых одна относительно другой на угол 120°, возникает магнитное поле, вращающееся в пространстве с постоянной частотой вращения n₁=60f₁, где f₁ – частота изменения питающего напряжения, которую называют синхронной.

Амплитуда результирующего потока, создаваемого всеми тремя катушками, в 1,5 раза больше максимального значения потока одной катушки. Полученное вращающееся магнитное поле имеет два полюса.

Укладка проводников каждой фазы в нескольких рядом расположенных пазах, укорочение шага обмотки и скоса пазов обеспечивает распределение магнитной индукции результирующего поля вдоль окружности статора и ротора по закону, близкому к синусоидальному.

Контрольные вопросы

1. Какие способы получения вращающегося магнитного поля существуют?

2. Какие основные элементы конструкции электрической машины необходимы для получения вращающегося магнитного поля?

3. Как пойдёт ток в момент времени ωt=0°?

4. Как пойдёт ток при повороте катушек на 60°?

5. Как пойдёт ток при повороте катушек на 120°?

Дата добавления: 2015-05-06