Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

21. Вращающееся магнитное поле

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое вращающееся магнитное поле, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое вращающееся магнитное поле , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Теоретические основы электротехники.

вращающееся магнитное поле . Обычно под вращающимся магнитным полем понимается магнитное поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается с постоянной угловой скоростью.

Также вращающимися магнитными полями называют и магнитные поля вращающихся постоянных магнитов.

Существуют вращающиеся магнитные поля ось вращения которых не совпадает с их осью симметрии (например, магнитные поля звезд или планет).

Вращающееся магнитное поле создают, накладывая два или более разнонаправленных переменных, зависящих от времени по синусоидальному закону, магнитных поля одинаковой частоты, но сдвинутых друг относительно друга по фазе.

Вращающееся магнитное поле практически осуществлено независимо в 1888 году итальянским физиком Г. Феррарисом и сербским инженером Н. Тесла .

Как было показано ранее, одним из важнейших преимуществ многофазных систем является получение вращающегося магнитного поля с помощью неподвижных катушек, на чем основана работа двигателей переменного тока. Рассмотрение этого вопроса начнем с анализа магнитного поля катушки с синусоидальным током.

Магнитное поле катушки с синусоидальным током

При пропускании по обмотке катушки синусоидального тока она создает

21. Вращающееся магнитное поле

магнитное поле, вектор индукции которого изменяется (пульсирует) вдоль этой катушки также по синусоидальному закону Мгновенная ориентация вектора магнитной индукции в пространстве зависит от намотки катушки и мгновенного направления тока в ней и определяется по правилу правого буравчика. Так для случая, показанного на рис. 1, вектор магнитной индукции направлен по оси катушки вверх. Через полпериода, когда при том же модуле ток изменит свой знак на противоположный, вектор магнитной индукции при той же абсолютной величине поменяет свою ориентацию в пространстве на 1800. С учетом вышесказанного магнитное поле катушки с синусоидальным током называют пульсирующим.

Круговое вращающееся магнитное поле
двух- и трехфазной обмоток

Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.

Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:

  1. Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 900, для трехфазной – на 1200).
  2. Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.

Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы Тесла (рис. 2,а).

При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле. Векторы 21. Вращающееся магнитное поле и 21. Вращающееся магнитное поле , характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону. Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 900 (см. рис. 2,б), то 21. Вращающееся магнитное поле .

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции 21. Вращающееся магнитное поле на оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:

21. Вращающееся магнитное поле

21. Вращающееся магнитное поле

Модуль результирующего вектора магнитной индукции в соответствии с рис. 2,в равен

21. Вращающееся магнитное поле21. Вращающееся магнитное поле

при этом для тангенса угла a , образованного этим вектором с осью абсцисс, можно записать

21. Вращающееся магнитное поле ,

откуда

21. Вращающееся магнитное поле

Полученные соотношения (1) и (2) показывают, что вектор результирующего магнитного поля неизменен по модулю и вращается в пространстве с постоянной угловой частотой 21. Вращающееся магнитное поле , описывая окружность, что соответствует круговому вращающемуся полю.

Покажем, что симметричная трехфазная система катушек (см. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . рис. 3,а) также позволяет получить круговое вращающееся магнитное поле.

Каждая из катушек А, В и С при пропускании по ним гармонических токов создает пульсирующее магнитное поле. Векторная диаграмма в пространстве для этих полей представлена на рис. 3,б. Для проекций результирующего вектора магнитной индукции на

21. Вращающееся магнитное поле

оси декартовой системы координат, ось y у которой совмещена с магнитной осью фазы А, можно записать

21. Вращающееся магнитное поле

Приведенные соотношения учитывают пространственное расположение катушек, но они также питаются трехфазной системой токов с временным сдвигом по фазе на 1200. Поэтому для мгновенных значений индукций катушек имеют место соотношения

21. Вращающееся магнитное поле

Подставив эти выражения в (3) и (4), получим:

21. Вращающееся магнитное поле

В соответствии с (5) и (6) и рис. 2,в для модуля вектора магнитной индукции результирующего поля трех катушек с током можно записать:

21. Вращающееся магнитное поле ,

а сам вектор 21. Вращающееся магнитное поле составляет с осью х угол a, для которого

21. Вращающееся магнитное поле ,

откуда

21. Вращающееся магнитное поле .

Таким образом, и в данном случае имеет место неизменный по модулю вектор магнитной индукции, вращающийся в пространстве с постоянной угловой частотой 21. Вращающееся магнитное поле , что соответствует круговому полю.

Магнитное поле в электрической машине

С целью усиления и концентрации магнитного поля в электрической машине для него создается магнитная цепь. Электрическая машина состоит из двух основных частей (см. рис. 4): неподвижного статора и вращающегося ротора, выполненных соответственно в виде полого и сплошного цилиндров.

На статоре расположены три одинаковые обмотки, магнитные оси которых сдвинуты по расточке магнитопровода на 2/3 полюсного деления 21. Вращающееся магнитное поле, величина которого определяется выражением

21. Вращающееся магнитное поле

21. Вращающееся магнитное поле ,

где R - радиус расточки магнитопровода, а р – число пар полюсов (число эквивалентных вращающихся постоянных магнитов, создающих магнитное поле, - в представленном на рис. 4 случае р=1).

На рис. 4 сплошными линиями (А, В и С) отмечены положительные направления пульсирующих магнитных полей вдоль осей обмоток А, В и С.

Приняв магнитную проницаемость стали бесконечно большой, построим кривую распределения магнитной индукции в воздушном зазоре машины, создаваемой обмоткой фазы А, для некоторого момента времени t (рис. 5). При построении учтем, что кривая изменяется скачком в местах расположения катушечных сторон, а на участках, лишенных тока, имеют место горизонтальные участки.

21. Вращающееся магнитное поле

Заменим данную кривую синусоидой (следует указать, что у реальных машин за счет соответствующего исполнения фазных обмоток для результирующего поля такая замена связана с весьма малыми погрешностями). Приняв амплитуду этой синусоиды для выбранного момента времени t равной ВА, запишем

21. Вращающееся магнитное поле

и аналогично

21. Вращающееся магнитное поле

С учетом гармонически изменяющихся фазных токов для мгновенных значений этих величин при сделанном ранее допущении о линейности зависимости индукции от тока можно записать

21. Вращающееся магнитное поле .

Подставив последние соотношения в (7)…(9), получим

21. Вращающееся магнитное поле

21. Вращающееся магнитное поле

Просуммировав соотношения (10)…(12), с учетом того, что сумма последних членов в их правых частях тождественно равна нулю, получим для результирующего поля вдоль воздушного зазора машины выражение

21. Вращающееся магнитное поле ,

представляющее собой уравнение бегущей волны.

Магнитная индукция 21. Вращающееся магнитное поле постоянна, если 21. Вращающееся магнитное поле . Таким образом, если мысленно выбрать в воздушном зазоре некоторую точку и перемещать ее вдоль расточки магнитопровода со скоростью

21. Вращающееся магнитное поле ,

то магнитная индукция для этой точки будет оставаться неизменной. Это означает, что с течением времени кривая распределения магнитной индукции, не меняя своей формы, перемещается вдоль окружности статора. Следовательно, результирующее магнитное поле вращается с постоянной скоростью. Эту скорость принято определять в оборотах в минуту:

21. Вращающееся магнитное поле .

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей

Устройство асинхронного двигателя соответствует изображению на рис. 4. Вращающееся магнитное поле, создаваемое расположенными на статоре обмотками с током, взаимодействует с токами ротора, приводя его во вращение. Наибольшее распространение в настоящее время получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором ввиду своей простоты и надежности. В пазах ротора такой машины размещены токонесущие медные или алюминиевые стержни. Концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Отсюда и произошло такое название ротора.

В короткозамкнутой обмотке ротора под действием ЭДС, вызываемой вращающимся полем статора, возникают вихревые токи. Взаимодействуя с полем, они вовлекают ротор во вращение со скоростью 21. Вращающееся магнитное поле, принципиально меньшей скорости вращения поля 21. Вращающееся магнитное поле0. Отсюда название двигателя - асинхронный.

Величина

21. Вращающееся магнитное поле

называется относительным скольжением. Для двигателей нормального исполнения S=0,02…0,07. Неравенство скоростей магнитного поля и ротора становится очевидным, если учесть, что при 21. Вращающееся магнитное поле вращающееся магнитное поле не будет пересекать токопроводящих стержней ротора и, следовательно, в них не будут наводиться токи, участвующие в создании вращающегося момента.

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны. Это объясняет название двигателя – синхронный.

В заключение отметим, что в отличие от асинхронного двигателя, 21. Вращающееся магнитное поле у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения 21. Вращающееся магнитное поле и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе. В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Применение

В электрических машинах

21. Вращающееся магнитное поле

Вращающееся магнитное поле в трехфазном однополюсном синхронном электродвигателе. Направление поля показано черной стрелкой.

Применяется в синхронных и асинхронных машинах.

Разность фаз для двухфазных систем (два перпендикулярных ориентированных электромагнита) в однополюсных машинах должна составлять 90°, а для 3-фазных (три электромагнита, направленных в одной плоскости под углом 120° друг к другу) 120°.

В синхронных генераторах переменного тока ротор является либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, питаемым постоянным током — током возбуждения. Вращающееся магнитное поле в таких машинах индуктирует в обмотках статора ЭДС, причем если машина однополюсная, то частота ЭДС равна частоте вращения ротора.

Другие применения

21. Вращающееся магнитное поле

Схема тахометра, принцип действия которого основан на увлечении неферромагнитного металлического диска токами Фуко, порождаемыми вращающимся магнитным полем. 1 — шкала; 2 — неферромагнитный металлический диск; 3 — вращающийся постоянный магнит; 4 — указательная стрелка; 5 — пружина.

В тахометрах вращающийся постоянный магнит увлекает неферромагнитный металлический диск, вал которого снабжен пружиной, создающей противодействующий вращательный момент.

Счетчики электрической энергии, например, бытовые счетчики, работают по аналогичному принципу - увлечения проводящего неферромагнитного диска вращающимся магнитным полем, создаваемым обмотками тока потребления и напряжения сети.

Также вращающееся магнитное поле применяется в лабораторных мешалках жидкости.

Контрольные вопросы

  1. Какое поле называется пульсирующим?
  2. Какое поле называется вращающимся круговым?
  3. Какие условия необходимы для создания кругового вращающегося магнитного поля?
  4. Какой принцип действия у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором?
  5. Какой принцип действия у синхронного двигателя?
  6. На какие синхронные скорости выпускаются в нашей стране двигатели переменного тока общепромышленного исполнения?

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

  • Теория динамо
  • Массив Хальбаха — магнитное поле , вращающееся в пространстве.
  • Линейный двигатель
  • Магнитная мешалка
  • Двигатель с экранированными полюсами
  • короткозамкнутый ротор
  • Синхронный двигатель
  • Яйцо Колумба Теслы

Исследование, описанное в статье про вращающееся магнитное поле, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое вращающееся магнитное поле и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Теоретические основы электротехники

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.

создано: 2020-12-17
обновлено: 2023-09-02
132265



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Теоретические основы электротехники

Термины: Теоретические основы электротехники