Описание вращающегося магнитного поля

Особенностью многофазных систем является возможность создать в механически неподвижном устройстве (например, в статоре элект­рической машины) вращающееся магнитное поле. Будучи помещенным в такое поле, любое электропроводящее тело или магнит испытывает вращающий момент. Это явление положено в основу действия асинхронных и синхронных электродвигателей.

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель.

Вдоль оси катушки, обтекаемой переменным током, существует пульсирующее магнитное поле. Действительно, если принять для некоторого момента времени направление тока таким, как это показано в сечении катушки на рис. (крестик - ток направлен от наблюдателя, точка - к наблюдателю), то в соответствии с правилом магнитный поток и магнитная индукция будут направлены вдоль оси катушки в направлении, обозначенном знаком «плюс». Пусть этот момент времениt1 приходится на полупериод синусоидального тока, когда ток имеет положительные значения (рис. ).

Схема сечения катушки

Рисунок 1. Схема сечения катушки.

Допустим, наконец, что магнитная индук­ция изменяется пропорционально току (это может иметь место только в линейной цепи). Тогда с дальнейшим ростом тока индукция магнитного поля будет нарастать, достигнет максимума, затем начнет спадать, оставаясь направленной так же, как и в моментt1, и лишь после перехода тока через нуль изменится направление магнит­ного поля (индукции).

Таким образом, в рассмотренном примере накладываются друг на друга два процесса: изменение маг­нитной индукции во вре­мени (по синусоидальному закону В = Вт sin?t) и в пространстве.

Теперь обратимся к трехфазной системе. Возьмем три катушки с тремя токами, образующими трехфазную систему  и разместим их в пространстве под углом 120° относительно друг друга (рис. 2а - в). Положительные направления осей трех катушек обозначены + 1, + 2 и + 3.

Схема трехфазной системы

Схема трехфазной системы.

Вдоль оси каждой катушки образуется пульсирующее магнитное поле, однако все три поля будут накладываться друг на друга, и в активной зоне катушек будет существовать единое результирующее магнитное поле, характеризующееся ве­ктором суммарной магнитной индукции.

На рис. рассмотрены последовательно три момента времени t1, t2, t3, для которых построены векторы магнитной индук­ции каждой фазы и результирующий вектор В. В момент t1 ток в ка­тушке А (и магнитная индукция) положителен и максимален, а токи в катушках В и С одинаковы, отрицательны и составляют половину от тока в катушке t1. Результирующий вектор магнитной индукции направлен по оси той катушки, в которой ток максимален: в данном случае по оси катушки А. В момент t2 ток в катушке А уменьшился:

Ток в катушке С равен ему, но отрицателен, ток в катушке В равен нулю- результирующий вектор магнитной индукции «повернулся» на угол 30° в сторону, соответствующую чередованию фаз (по часовой стрелке). В моментt3 токи в катушках А и В одинаковы, положительны и равны половине амплитудного значения, а ток в катушке С отрицателен и максимален. Результирующий вектор магнитной индукции размещается в отрицательном направлении оси катушки С. За период синусоидального тока вектор результирующей магнитной индукции сделает полный поворот на 360°, следовательно, он будет вращаться с угловой скоростью, соответствующей частоте переменного тока.

Магнитное поле, вектор магнитной индукции которого вращается в пространстве, называется вращающимся магнитным полем.

Вращающееся магнитное поле, вектор магнитной индукции которого не изменяется по величине и вращается с постоянной угловой скоростью, называется круговым.

Если нарушена геометрическая или электромагнитная симметрия в трехфазной электрической машине (амплитуды токов отдельных фаз неодинаковы, отсутствует ток в одной из фаз, обмотка одной из фаз включена неправильно и т. п.), то вращающееся магнитное поле становится эллиптическим, т. е. вектор результирующей магнитной индукции изменяется по величине и вращается с переменной угловой скоростью. Наилучшие условия для работы электрических машин создает кру­говое вращающееся магнитное поле.

A feature of multiphase systems is the ability to create a stationary mechanical device (e.g., in the stator of the electric machine) a rotating magnetic field. Being placed in a box, or any conductive body undergoes magnet torque. This phenomenon forms the basis of operation of asynchronous and synchronous motors.

induction motor

Induction motor.

Along the coil axis, streamlined ac, there is a fluctuating magnetic field. Indeed, if we take a certain time to the current direction such as shown in the coil section in Fig. 1a (Cross - current is directed away from the observer, the point - to the observer), in accordance with the rule of the magnetic flux and magnetic flux density will be directed along the axis of the coil in the direction indicated by the "plus" sign. Let this timet1 accounts for sinusoidal current half-cycle when the current has a positive value (Fig. 1b).

Driving coil section

Figure 1. Schematic cross-section of the coil.

Suppose finally that the magnetic induction varies in proportion to current (this can occur only in a linear chain). Then with further growth of the magnetic induction current will increase, reach a maximum and then begins to subside, the remaining directional as well as whent1,?and only after passing through zero current will change the direction of the magnetic field (induction).

Thus, in the example overlap two processes: the time variation of the magnetic induction (sinusoidally B = Bt sin?t) and space.

We now turn to the three-phase system. Consider three coil currents of the three forming a three-phase system and place them in the space under the angle of 120 ? relative to each other (Fig. 2a - in). The positive directions of the axes of the three coils are designated + 1 + 2 and + 3.

Driving a three-phase system

Driving a three-phase system.

Along the axis of each coil formed by a pulsed magnetic field, however, all three fields will overlap each other and in the core the coils will be single resultant magnetic field, characterized by the total magnetic induction vector.

Fig. 2c Consider a sequence of three points in time?t1, t2, t3, for which are constructed of the magnetic induction vectors of each phase and the resulting vector AT. At time t1 current in the coil A (And magnetic induction) and positive maximum, and the currents in the coils And C the same, negative and represent half of the current in the coil of t1. The resulting magnetic induction vector directed along the axis of the coil, which current is maximum: in this case, the coil axis A. At time t2 current in the coil A reduced:

Since the current in the coil is equal to it, but it is negative, the current in the coil AT , vanishes resultant vector of magnetic induction "turned" at an angle of 30 ? in the direction corresponding to the (clockwise) interleaved phases. In the momentt3 currents in the coils A and B identical positive and equal to half the amplitude value, and the current in the coil FROM negative and maximal. The resulting magnetic induction vector is placed in the negative direction of the coil axis C. During the period of the sinusoidal current vector of the resultant magnetic induction will make a full turn at 360 ?, therefore it will rotate at an angular velocity corresponding to the frequency of the AC.

The magnetic field of the magnetic induction vector of which rotates in space, called a rotating magnetic field.

The rotating magnetic field vector of the magnetic induction which does not vary in magnitude and rotates with a constant angular velocity, called circular.

If broken geometrical or electromagnetic symmetry in a three phase electric machine (single phase current amplitudes are unequal, there is no current in a phase winding of one phase is turned on correctly and so on. P.), The rotating magnetic field becomes elliptical, t. E. The vector resultant magnetic induction varies in magnitude and rotates with a constant angular velocity. The best conditions for electric cars creates a circular rotating magnetic field.

Особливістю багатофазних систем є можливість створити в механічно нерухомому пристрої (наприклад, в статорі електричної машини) обертове магнітне поле. Будучи поміщеним в таке поле, будь електропровідне тіло або магніт відчуває, що обертає. Це явище покладено в основу дії асинхронних і синхронних електродвигунів.

Асинхронний двигун

Асинхронний двигун.

Уздовж осі котушки, обтічної змінним струмом, існує пульсуюче магнітне поле. Дійсно, якщо взяти для деякого моменту часу напрямок струму таким, як це показано в перерізі котушки на рис. (Хрестик - струм спрямований від спостерігача, точка - до спостерігача), то відповідно до правила магнітний потік і магнітна індукція будуть спрямовані уздовж осі котушки в напрямку, позначеному знаком «плюс». Нехай цей момент часуt1 доводиться на напівперіод синусоїдального струму, коли струм має позитивні значення (рис. ).

Схема перетину котушки

Малюнок 1. Схема перетину котушки.

Припустимо, нарешті, що магнітна індукція змінюється пропорційно току (це може мати місце тільки в лінійній ланцюга). Тоді з подальшим зростанням струму індукція магнітного поля буде наростати, досягне максимуму, потім почне спадати, залишаючись спрямованої так само, як і в моментt1, і лише після переходу струму через нуль зміниться напрямок магнітного поля (індукції).

Таким чином, в розглянутому прикладі накладаються один на одного два процеси: зміна магнітної індукції в часі (за синусоїдальним законом В = Вт sin?t) і в просторі.

Тепер звернемося до трифазної системі. Візьмемо три котушки з трьома струмами, що утворюють трифазну систему і розмістимо їх в просторі під кутом 120 ° відносно один одного (рис. 2а - в). Позитивні напрямки осей трьох котушок позначені + 1, + 2 і + 3.

Схема трифазної системи

Схема трифазної системи.

Уздовж осі кожної котушки утворюється пульсуюче магнітне поле, проте всі три поля будуть накладатися один на одного, і в активній зоні котушок буде існувати єдиний результуючий магнітне поле, що характеризується вектором сумарної магнітної індукції.

На рис. розглянуті послідовно три моменти часу t1, t2, t3, для яких побудовані вектори магнітної індукції кожної фази і результуючий вектор В. У момент t1 ток в котушці А (І магнітна індукція) позитивний і максимальний, а струми в котушках В і С однакові, негативні і складають половину від струму в котушці t1. Результуючий вектор магнітної індукції направлений по осі тієї котушки, в якій струм максимальний: в даному випадку по осі котушки А. У момент t2 ток в котушці А зменшився:

Струм в котушці З дорівнює йому, але негативний, ток в котушці В дорівнює нулю- результуючий вектор магнітної індукції «повернувся» на кут 30 ° у бік, відповідну чергуванню фаз (за годинниковою стрілкою). В моментt3 струми в котушках А та В однакові, позитивні і рівні половині амплітудного значення, а струм в котушці З негативний і максимальний. Результуючий вектор магнітної індукції розміщується в негативному напрямку осі котушки С. За період синусоїдального струму вектор результуючої магнітної індукції зробить повний поворот на 360 °, отже, він буде обертатися з кутовою швидкістю, що відповідає частоті змінного струму.

Магнітне поле, вектор магнітної індукції якого обертається в просторі, називається обертовим магнітним полем.

Обертове магнітне поле, вектор магнітної індукції якого не змінюється за величиною і обертається з постійною кутовою швидкістю, називається круговим.

Якщо порушена геометрична або електромагнітна симетрія в трифазній електричній машині (амплітуди струмів окремих фаз неоднакові, відсутній струм в одній з фаз, обмотка однієї з фаз включена неправильно і т. П.), То обертове магнітне поле стає еліптичних, т. Е. Вектор результуючої магнітної індукції змінюється за величиною і обертається зі змінною кутовою швидкістю. Найкращі умови для роботи електричних машин створює кругове обертове магнітне поле.


» » » Описание вращающегося магнитного поля