12. Электрические машины переменного тока
12.1. Вращающееся магнитное поле
Особенностью многофазных систем
является возможность создать в механически неподвижном устройстве вращающееся
магнитное поле.
Катушка, подключенная к источнику переменного тока,
образует пульсирующее магнитное поле, т.е. магнитное поле, изменяющееся
по величине и направлению.
Рис. 12.1 |
Возьмем цилиндр
с внутренним диаметром D. На поверхности цилиндра разместим три
катушки, пространственно смещенные относительно друг друга на 120o.
Катушки подключим к источнику трехфазного напряжения (рис. 12.1).
На рис. 12.2 показан график изменения мгновенных токов, образующих
трехфазную систему. |
Рис. 12.2
Каждая из катушек создает пульсирующее магнитное
поле. Магнитные поля катушек, взаимодействуя друг с другом, образуют результирующее
вращающееся магнитное поле, характеризующееся вектором результирующей
магнитной индукции
На рис. 12.3 изображены векторы магнитной индукции
каждой фазы и результирующий вектор построенные
для трех моментов времени t1, t2, t3. Положительные направления осей катушек
обозначены +1, +2, +3.
Рис. 12.3
В момент t = t1 ток и магнитная
индукция в катушке А-Х положительны и максимальны, в катушках В-Y и C-Z
- одинаковы и отрицательны. Вектор результирующей магнитной индукции равен
геометрической сумме векторов магнитных индукций катушек и совпадает с
осью катушки А-Х. В момент t = t2 токи в катушках А-Х и С-Z
одинаковы по величине и противоположны по направлению. Ток в фазе В равен
нулю. Результирующий вектор магнитной индукции повернулся по часовой стрелке
на 30o. В момент t = t3 токи в катушках А-Х и В-Y
одинаковы по величине и положительны, ток в фазе C-Z максимален и отрицателен,
вектор результирующего магнитного поля размещается в отрицательном направлении
оси катушки С-Z. За период переменного тока вектор результирующего магнитного
поля повернется на 360o. Линейная скорость перемещения вектора
магнитной индукции
,
где f1 - частота переменного напряжения;
Т - период синусоидального
тока;
n1 - частота
вращения магнитного поля или синхронная частота вращения.
За период Т магнитное поле перемещается на
расстояние 2τ,
где -
полюсное деление или расстояние между полюсами магнитного поля по длине
окружности цилиндра диаметром D.
Линейная скорость |
|
|
|
откуда |
(12.1) |
где n1 - синхронная частота
вращения многополюсного магнитного поля с числом пар полюсов Р.
Катушки, изображенные на рис. 12.1, создают
двухполюсное магнитное поле, с числом полюсов 2Р = 2. Частота вращения
поля равна 3000 об/мин.
Чтобы получить четырехполюсное магнитное поле,
необходимо внутри цилиндра диаметром D поместить шесть катушек, по две
на каждую фазу. Тогда, согласно формуле (12.1), магнитное поле будет вращаться
в два раза медленней, с n1 = 1500 об/мин.
Чтобы получить вращающееся магнитное поле,
необходимо выполнить два условия.
- Иметь хотя бы две пространственно смещенные катушки.
- Подключить к катушкам несовпадающие по фазе токи.
|