Обертове магнітне поле

Одним з важливих переваг трифазної системи є простота отримання обертового магнітного поля, т. Е. За величиною незмінного магнітного поля, яке крутиться всередині електронної машини навколо її осі. На використанні обертового магнітного поля заснований пристрій найпоширеніших електродвигунів, асинхронних двигунів трифазного струму, також нерідко використовуваних синхронних двигунів. Крім того, засобом обертового магнітного поля приводяться в дію багато вимірювальні прилади і апарати регулювання і управління.

Шляхом послідовного зміни напрямку постійного струму в 2-ух котушках, осі яких утворюють кут 90 °, можна змусити магнітну стрілку рівномірно повертатися в межах 360 °. Але перемикається незмінний струм просто поміняти змінним, який сам буде змінювати напрямок. При цьому необхідно, щоб зміни напрямку струму в 2-ух котушках відбувалися не відразу. Цій вимозі задовольняють два змінних струму, зсунуті по фазі один відносно іншого на чверть періоду. На рис. 1 показана система з 2-ух схожих котушок, осі яких утворюють кут 90 °. Для надання більшої рівномірності магнітного поля будь-яка з котушок розбита на дві частини.

Мал. 1 Порушення магнітного поля 2-мя змінними струмами схожою частоти

Тому що струми щодо зміщені по фазі на чверть періоду, то магнітні індукції в полях, ними порушуваних, повинні бути також зміщені по фазі одна по відношенню до іншої. Цій умові зсуву по фазі задовольняють синусоїда і косинусоид.

Якщо секундне значення індукції в поле першої котушки

В1 = Вт cos? T,

то секундне значення індукції в поле 2-ий котушки має бути:

В2 = Вт sin? T,

тут Вm - амплітуда магнітної індукції, одноманітна в обох котушках.

Закладаючись посеред пристрої, два змінних магнітних поля утворюють результуючий магнітне поле, індукція в якому буде:

Bрез = vВ21 + В22

тому що напрямки полів котушок взаємно перпендикулярні (див. рис. 1). Підставивши в вираз Вре3 значення В1 і В 2 як функцій часу, отримаємо:

Вріз = Вт Vsin2? T + cos2? T = Вт

Отже, результуючий магнітне поле пристрою Врез постійно по величині, хоча воно і складається з 2-ух змінних магнітних полів.

Визначимо тепер становище результуючого поля в просторі. По відношенню до осі першої котушки це поле утворює кут, який визначається умовою:

tga = B2 / B1 = sin? t / cos? t = tg? t

на підставі чогоa = ?t, т. е. кут, утворений віссю результуючого поля по відношенню до осі котушки, помірно змінюється і за час 1-го періоду змінного струму:

а =? t = 2?/TxT=2?

т. е. полі робить повний оборот.

За секунду поле робитьf оборотів, а число обертів поля за хвилинуn = f• 60

Таким чином, при стандартній промисловій частоті число обертів поля за хвилину складе:

п = 50-60 = 3000 об / хв.

Описана система називається двофазним обертовим

магнітним полем. Для збудження його потрібна двухфазная система змінних струмів. Така система вимагає для передачі енергії більше 3-х проводів (див. Рис. 1). Вектори 2-ух лінійних струмів / л даної системи утворюють кут 90 °, тому вектор струму в загальному проводі / о визначається як гіпотенуза рівнобедреного прямокутного трикутника. На підставі чого струм

/0 =v2I2л = v2Iл

Істотно вигідніше отримувати крутиться магнітне поле засобом трифазної системи струмів, як це було запропоновано М. О. Доліво-Добровольським. Для отримання трифазного обертового поля необхідні три однакові котушки (рис. 2), осі яких утворюють кути по 120 °.

Мал. 2 Порушення магнітного поля трифазного системою струмів

Можна підрахувати, що в даному випадку результуючий поле Врез = 1,5 Вm, т. Е. Воно теж постійно по величині.

Це поле крутиться в площині осей котушок з кутовий швидкістю?, Як і вище розглянуте двофазне поле. Порівняємо тепер умови двухфазного і трифазного обертових полів. При двофазної системі потрібні два дроти, розраховані на лінійний струм / л, і 3-ий провід, розрахований на силу струму v2 / л. Магнітна індукція в обертовому двухфазном поле дорівнює Пн. При трифазній системі необхідні три схожих дроти розраховані кожен на силу струму / л, а індукція в обертовому поле має величину 1,5 Пн.

Отже, для двофазної системи необхідно більший перетин проводів, а крутиться поле створюється в 1,5 рази слабкіше, ніж в трифазній системі. З цих причин двофазний струм, придуманий раніше трифазного (чеським інженером Тесла), в даний час застосовується виключно в деяких особливих пристроях.