Получение вращающегося магнитного поля

Круговое вращающееся магнитное поле представляет собой магнитное поле постоянной амплитуды, вращающееся с постоянной скоростью в воздушном зазоре электрической машины при условии, что обмотки обтекаются полифазным током.

Рассмотрим получение вращающегося магнитного поля устройством, состоящим из трех одинаковых катушек, чьи оси смещены в пространстве на 120° друг по отношению к другу, причем катушки соединены звездой (например, статор асинхронного двигателя) (рис. 4.1). Токи катушек являются функциями времени, их диаграмма на рис. 4.28. Мгновенные значения токов:

i_А= I_msin(t), i_B= I_msin(t – 120°), i_C= I_msin(t + 120°).

О тметим направления токов в катушках для нескольких моментов времени, например, t₁,t₂, t₃ и определим направление результирующего магнитного поля с индукцией B_рез по правилу правой руки (рис. 4.28: а) – для t=t₁,б) – для t=t₂, в) – для t=t₃). Из рис. 4.28 видно, что с течением времени ось результирующего магнитного поля с индукцией B_рез поворачивается. Это означает, что магнитное поле вращается в пространстве. Если устройство (двигатель) имеет одну пару полюсов, то одному периоду тока будет соответствовать один оборот магнитного поля, если же устройство имеет p пар полюсов, то частота вращения магнитного поля определяется по формуле: n = , где f –частота тока; n – число оборотов магнитного потока в минуту.

Направление вращения магнитного поля зависит от порядка следования фаз. Вращающееся магнитное поле положено в основу принципа действия асинхронных и синхронных электрических машин.

Порядок следования фаз и его определение

Порядок, в котором мгновенные ЭДС или напряжения проходят через одинаковые значения, например, через положительные максимумы, называют последовательностью фаз или порядком следования фаз. Различают прямой и обратный порядок следования фаз. При прямом порядке следования фаз напряжение достигает максимального положительного значения сначала в фазе А, затем – в фазе В и после этого в фазе С. Затем снова – a-B-C и т.д. Обратный порядок – A-C-B-A и т.д.

Д ля определения порядка следования фаз применяются индукционные и ламповые фазоуказатели. Индукционный фазоуказатель состоит из трех обмоток, смещенных в пространстве на углы 120° друг относительно друга и включенных звездой, и алюминиевого диска, насаженного на ось, вокруг которой он может вращаться, и расположенного в поле обмоток (рис. 4.29). Если выводы обмоток подключить к зажимам генератора, то в обмотках возникает трехфазный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле наводит в диске вихревые токи, которые, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают вращающий момент, и диск приходит во вращение. Направление вращения диска зависит от направления вращения магнитного поля или от порядка следования фаз.

О бмотки и алюминиевый диск вмонтированы в пластмассовый корпус, имеющий окно для наблюдения за направлением вращения диска. Если после подключения прибора направление вращения диска будет совпадать с направлением стрелки на корпусе прибора, то порядок следования фаз – прямой, а если нет – обратный.

Ламповый фазоуказатель состоит из конденсатора (или катушки индуктивности) и двух ламп накаливания, включенных звездой (рис. 4.30). Фаза, к которой подключается конденсатор, принимается за фазу А. Фазы В и С надо определить. Абсолютное значение сопротивлений, а следовательно, и проводимостей ветвей подбираются одинаковыми. Тогда комплексы проводимостей равны: Y_A= jY, Y_B= Y_C= Y. Таким образом, нагрузка несимметрична.

Напряжение смещения нейтрали не равно нулю, а фазные напряжения на индикаторе не одинаковы. В результате при прямом порядке следования фаз лампа в фазе В будет находиться под более высоким напряжением и будет гореть ярче, а лампа в фазе С будет светить тускло.

Покажем это. Пусть комплексы фазных напряжений генератора

U_A = U_ф·e^j⁰, U_B = U_ф·e^-^j^120° U_C = U_ф·e^j^120°.