Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Магнитное поле двигатель


Вращающееся магнитное поле (Лекция №21)

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

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 и , 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 .

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

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

, (1)

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

,

откуда

. (2)

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

Покажем, что симметричная трехфазная система катушек (см. 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

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

; (3)
. (4)

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

; ; .

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

; (5)
(6)

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

,

а сам вектор составляет с осью х угол a, для которого

,

откуда

.

Таким образом, и в данном случае имеет место неизменный по модулю вектор магнитной индукции, вращающийся в пространстве с постоянной угловой частотой , 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 , величина которого определяется выражением

,

где - 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.

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

(7)

и аналогично

; (8)
. (9)

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

.

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

; (10)
; (11)
. (12)

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

,

представляющее собой уравнение бегущей волны.

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

,

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:

.

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 , принципиально меньшей скорости вращения поля 0. Отсюда название двигателя - асинхронный.

Величина

называется относительным скольжением. Для двигателей нормального исполнения S=0,02…0,07. Неравенство скоростей магнитного поля и ротора становится очевидным, если учесть, что при 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, у которого обычно не превышает 0,8…0,85, у синхронного двигателя можно добиться большего значения и сделать даже так, что ток будет опережать напряжение по фазе. В этом случае, подобно конденсаторным батареям, синхронная машина используется для повышения коэффициента мощности.

Литература

  1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
  3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под общ. ред. К.М.Поливанова. Т.1. К.М.Поливанов. Линейные электрические цепи с сосредоточенными постоянными. –М.: Энергия- 1972. –240с.

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?

www.toehelp.ru

Магнитное поле - двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Магнитное поле - двигатель

Cтраница 1

Магнитное поле двигателя, имевшее в момент короткого замыкания полную величину, начинает постепенно спадать. Ротор может иметь такую инерцию, при которой он будет продолжать вращаться с почти неизменной скоростью. При коротком замыкании зажимов статорпоп обмотки установившиеся токи как в статорной, так и в роторной обмотках будут равны пулю.  [1]

Так как магнитное поле двигателя при изменении нагрузки в довольно широких пределах остается постоянным, то увеличение вращающего момента должно происходить целиком в результате увеличения тока в обмотке ротора. Чтобы скорость пересечения магнитных линий увеличилась, ротор при увеличении нагрузки должен вращаться медленнее. Частота вращения и ток ротора изменяются автоматически.  [3]

Заметим, что магнитное поле двигателя выполняет по существу роль электромагнитного генератора механических волн деформации, необходимого для работы обычной волновой передачи, причем в реактивном двигателе число волн деформации равно числу полюсов магнитного поля.  [4]

Объясняется это тем, что магнитное поле двигателя при пуске значительно отличается от кругового. Поэтому двигатели с рабочей емкостью применяются лишь в устройствах, где не требуется больших пусковых моментов.  [6]

Для анализа топографии и спектра магнитного поля двигателя применяются электромагнитные датчики, которые устанавливаются непосредственно в пазах электрической машины и фиксируют изменение топографии магнитного поля.  [8]

Следовательно, накопление энергии в магнитном поле двигателя частично или полностью будет получаться от конденсатора, а питание конденсатора - от двигателя, станция же при установившемся режиме работы будет разгружена ( частично или полностью) от обменной энергии.  [9]

Здесь представлен прямой реверс при незатухшем магнитном поле двигателя, ударный момент при котором достигает КШИ, а также два случая управляемого реверса. Ударный момент существенно уменьшается, а время реверса увеличивается незначительно при изменении угла открывания тиристоров от большого начального значения, ограничивающего ток, до малого значения во второй половине реверса.  [11]

Это означает, что при максимальном моменте магнитное поле двигателя является эллиптическим.  [13]

При изменении числа полюсов изменяется частота вращения магнитного поля двигателя, а следовательно, и частота вращения его ротора. Если нужно иметь три или четыре скорости, то на статоре располагают еще одну обмотку, при переключении которой можно получить еще две скорости. Асинхронные двигатели с переключением числа полюсов называются многоскоростными.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Магнитное поле - двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Магнитное поле - двигатель

Cтраница 4

На рис. 9.22 приведена схема включения двигателя смешанного возбуждения. Магнитное поле двигателя возбуждается двумя обмотками: обмоткой параллельного возбуждения UIi - IIl2 и обмоткой последовательного возбуждения G. В двигательном режиме работы обмотки включены согласно.  [47]

Для обеспечения реверса или торможения двигателя сначала нажимают кнопку SB3, что приводит к отключению включенного контактора ( например, КМ1), затем нажимают кнопку SB2, что приводит к включению контактора KM2vi подаче на АД напряжения питания с другим чередованием фаз. После этого магнитное поле двигателя изменяет свое направление вращения и начинается процесс реверса, состоящий из двух этапов - торможения про-тивовключением и разбега в противоположную сторону.  [48]

На рис. 6 6 представлена простейшая обмотка одной фазы статора четырехполюсного асинхронного двигателя, а иа рис. 6 0 изображена картина распределения магнитного поля, создаваемого в какой-то момент времени токами фазных обмоток статора этого двигателя. В каждый момент времени магнитное поле двигателя аналогично полю, создаваемому постоянным магнитом, изображенным на рис. 6 в пунктиром. Так как этот магнит имеет четыре полюса, то соответствующее магнитное поле называется четырехполюсным. Каждая половина статора состоит из трех фаз, создающих магнитное поле.  [50]

Принципиальная возможность использования энергии магнитного поля двигателя для создания тормозного эффекта обусловлена тем, что всякий тормозной режим является генераторным и поэтому нуждается в возбуждающем потоке. Этим возбуждающим потоком может быть затухающий поток остаточного магнитного поля, если после отключения двигателя от сети создать замкнутый контур для плавного разряда энергии, запасенной в магнитном поле двигателя. Наиболее просто создать такой контур посредством короткого замыкания на зажимах двигателя.  [51]

Для анализа топографии и спектра магнитного поля двигателя применяются электромагнитные датчики, которые устанавливаются непосредственно в пазах электрической машины и фиксируют изменение топографии магнитного поля.  [53]

Для повышения cos ф параллельно двигателю или группе двигателей включают конденсаторы. В этом случае энергия в магнитном поле двигателя частично или полностью накапливается за счет энергии электрического поля конденсаторов ( см. гл.  [54]

Реактивная мощность Qi характеризует обратимый процесс обмена энергией между магнитным полем двигателя и источником. Так как необходимость магнитного поля обусловлена принципом действия асинхронного двигателя, то неизбежно наличие реактивной мощности двигателя.  [55]

Данные неисправности имеют достаточно длительный срок развития, сопровождаются нарастанием вибраций и могут быть эффективно выявлены современными методами и средствами диагностики. Вибрации вносят временные изменения в электромагнитные параметры обмоток статора и ротора, что проявляется в искажении пространственных гармоник магнитного поля двигателя и временных гармоник токов и напряжений обмоток стаюра. Временными называют гармоники, которые попали в воздушный зазор машины со стороны выводов машины. Пространственными - гармоники, появившиеся из-за конструктивных особенностей и нелинейности параметров машины. Деление гармоник на временные и пространственные достаточно условно. Все гармоники связаны с энергией поля и не могут рассматриваться вне пространства и времени. Если рассматривать электрическую машину как шестиполюсник, то можно считать, что временные гармоники попадают в воздушный зазор со стороны электрической сети, со стороны вала - механического вывода, а.  [56]

Данные неисправности имеют достаточно длительный срок развития, сопровождаются нарастанием вибраций и могут быть эффективно выявлены современными методами и средствами диагностики. Вибрации вносят временные изменежя в электромагнитные параметры обмоток статора и ротора, что проявляется в искажении пространственных гармоник магнитного поля двигателя и временных гармоник токов и напряжений обмоток стаюра. Временными называют гармоники, которые попали в воздушный - зазор машины со стороны выводов машины. Пространственными - гармоники, появившиеся из-за конструктивных особенностей и нелинейности параметров машины. Деление гармоник на временные и пространственные достаточно условно. Все гармоники связаны с энергией поля и не могут рассматриваться вне пространства и времени. Если рассматривать электрическую машину как шестиполюсник, то можно считать, что временные гармоники попадают в воздушный зазор со стороны электрической сети, со стороны вала - механического вывода, а.  [57]

На второй позиции включается контактор 1Л и машина начинает двигаться на минимальной скорости. При дальнейшем перемещении педали командоконтроллера скорость погрузчика возрастает за счет шунтирования сопротивления 1СП, переключения батареи последовательно и ослабления магнитного поля двигателя на последней позиции командоконтроллера.  [59]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Как создается вращающееся магнитное поле? - Help for engineer

Как создается вращающееся магнитное поле?

Пусть трехфазный асинхронный двигатель питается от сети переменного напряжения. Тогда по статорной обмотке будет протекать синусоидальный ток, фазы смещены между собой на 120 электрических градусов (рисунок 1.а).

На рисунке 1.б мы видим схематическое изображение асинхронного двигателя, обмотки статора, которого соединены в звезду. Для упрощения и наглядного примера, выбраны моменты времени, когда ток в одной из фаз равен нулю. В первый момент времени ток фазы А равен 0, ток фазы В имеет отрицательное значение, а в фазе С – положительный. Стрелками указано направление движения тока. Рассмотрены моменты времени, когда ток в фазе В и С также равен нолю, в этих случаях все выполняется аналогично.

Рисунок 1 – Вращающееся магнитное поле

Каждая обмотка статора имеет одинаковое количество витков. Магнитная индукция (B) в каждой из фаз прямо пропорционально зависит от тока и выражается формулой:

где µ0 – магнитная проницаемость; In – ампер витки.

Обмотки статора смещены в пространстве на 120 градусов, создаваемые ими магнитные индукции (ВА, ВВ, ВС) смещены на тот же угол. Будем рассматривать магнитную индукцию в прямом отношении с током.

Обратим наше внимание на векторные диаграммы (рисунок 1.в), в первый момент времени, при t=0, вектор магнитной индукции фаз равен:

Сумма векторов магнитной индукции равна результирующему вектору магнитной индукции:

Построение остальных векторных диаграмм аналогично.

Таким образом, вектор магнитной индукции осуществляет круговое вращение и в асинхронной машине создается вращающееся магнитное поле (рисунок 2).

Рисунок 2 – Возникновение вращающегося магнитного поля

При этом его значение по модулю остается неизменным и соответствует следующему отношению:

Направление вращения, созданного обмоткой статора можно легко изменить сменой подключения любых двух фаз.

При двухполюсном асинхронном двигателе, вращающееся магнитное поле осуществляет полный оборот на 360 градусов за один период изменения тока Т. То есть, можно сказать, что электрический ток создает вращающее магнитное поле.

Добавить комментарий

h4e.ru

Магнитное поле - двигатель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 5

Магнитное поле - двигатель

Cтраница 5

Регулирование скорости асинхронного двигателя изменением числа пар полюсов может быть реализовано использованием специальных двигателей, получивших название многоскоростных. Статорная обмотка ( одна или несколько) этих двигателей состоит из двух одинаковых секций ( полуобмоток), за счет разных схем соединения которых может быть изменено число пар полюсов магнитного поля двигателя, что позволяет изменять частоту вращения магнитного поля и тем самым регулировать скорость двигателя. Ротор многоскоростных двигателей выполняется короткозамкнутым.  [61]

Ротор может быть как якорем, так и индуктором. Ток якоря в десятки раз превышает ток возбуждения. Магнитное поле двигателя ослабляется под сбегающим краем полюса. Число параллельных ветвей равно четырем. Такие генераторы используются в качестве сварочных. Правильно, ширину щетки делим на линейную скорость коллектора.  [62]

Принцип действия тяговых двигателей электропоездов, как и всех электродвигателей постоянного тока, основан на законах электромагнитной индукции - взаимодействия магнитного поля и проводника с током. Рабочее магнитное поле двигателя создается потоком главных полюсов и замыкается через станину, сердечники главных полюсов, сталь якоря и воздушные зазоры. При вращении якоря тягового двигателя активные стороны катушек якоря последовательно проходят под полюсами то одной, то другой полярности. Чтобы создаваемый двигателем вращающий момент оставался по направлению постоянным, необходимо изменить направление тока в каждой секции обмотки якоря, переходящей из-под полюса одной полярности к полюсу противоположной полярности. Такой процесс изменения направления тока в секциях якорной обмотки тягового двигателя, осуществляемый с помощью коллектора и щеточного аппарата, называется коммутацией.  [64]

Кроме рассмотренных тормозных режимов существуют и другие, например конденсаторное торможение. Конденсаторное торможение осуществляется по схеме, изображенной на рис. 10.33. После отключения от сети обмотка статора оказывается замкнутой на конденсаторы. Энергия магнитного поля двигателя и электрического поля конденсатора возбуждает в цепи трехфазный ток. Магнитное поле двигателя, образованное этим током, вращается в ту же сторону, что и ротор, но с меньшей частотой, чем ротор. В результате в обмотке ротора возникают ЭДС, ток и тормозной момент. Этот режим аналогичен генераторному тормозному режиму работы двигателя. По мере торможения энергия магнитного и электрического полей уменьшается, превращается в теплоту в обмотках и тормозной момент убывает.  [66]

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором является наиболее компактным, надежным и экономичным в эксплуатации, сохраняющим примерно постоянную частоту вращения при изменениях нагрузки от минимальной ( при холостом ходе) до номинальной. При питании обмотки статора трехфазным током в двигателе создается вращающееся магнитное поле, которое пересекает замкнутые обмотки ротора и наводит в них ток. Ток роторной обмотки взаимодействует с магнитным полем двигателя и в результате создается вращающий момент, который приводит во вращение ротор двигателя в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле.  [67]

При изменении скорости ротора изменяется скорость пересечения проводников ротора магнитным полем двигателя. В результате этого изменяются токи в обмотках асинхронного двигателя, вызывая соответствующее изменение электромагнитного момента двигателя. Следовательно, разница между электромагнитным моментом двигателя и статическим моментом механизма с изменением скорости также изменяется.  [68]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru

Вращающееся магнитное поле | Электротехника

Принцип получения вращающегося магнитного поля. В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле.

Вращающееся поле переменного тока трехфазной цепи. Рассмотрим получение вращающегося поля на примере трехфазного асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутыми по окружности на 120° (рис.3.5) и соединенными звездой. Пусть обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением со сдвигом фаз напряжений и токов на 120°.

Если для обмотки АХ принять начальную фазу тока равной нулю, тогда мгновенные значения токов имеют вид

Графики токов представлены на рис. 3.6. Примем, что в каждой обмотке всего два провода, занимающие два диаметрально расположенные паза.

Рис. 3.5                                                      Рис. 3.6

Как видно из рис. 3.6, в момент времени to ток в фазе А положительный, а в фазах В и С – отрицательный.

Если ток положительный, то направление тока примем от начала к концу обмотки, что соответствует обозначению знаком «х» в начале обмотки и знаком «·» (точка) в конце обмотки. Пользуясь правилом правоходового винта, легко найти картину распределения магнитного поля для момента времени to (рис. 3.7, а). Ось результирующего магнитного поля с индукцией Втрез расположена горизонтально.

Рис. 3.7

На рис. 3.7, б показана картина магнитного поля в момент времени ti, соответствующий изменению фазы тока на угол  = 60°. В этот момент времени токи в фазах  А и  В положительные, т. е. ток идет в них от начала к концу, а ток в фазе С – отрицательный, т. е. идет от конца к началу. Магнитное поле оказывается повернутым по часовой стрелке на угол = 60°. Если угловая частота тока , то . (Здесь , где – частота тока в сети). В моменты времени t2 и t3 ось магнитного поля соответственно повернется на углы  и (рис. 3.6, в и г). Через время, равное периоду Т, ось поля займет первоначальное положение. Следовательно, за период Т поле делает один оборот (рис. 3.7, д) ( ()). В рассмотренном случае число полюсов 2р = 2 и магнитное поле вращается с частотой n1=60f1=60∙50=3000 об / мин  (f1=50 Гц – промышленная частота). Можно доказать, что результирующая магнитная индукция представляет собой вращающееся поле с амплитудой

где Вт – максимальная индукция одной фазы; Вmрез – максимальная индукция трех фаз; – угол между горизонтальной осью и прямой, соединяющей центр с произвольной точкой между статором и ротором.

Направление вращения поля. В рассмотренном случае направление вращения поля совпадает с направлением движения часовой стрелки. Если поменять местами выводы любых двух фаз питающего напряжения, например B и С, что соответствует обратной последовательности фаз, то направление вращения поля будет противоположным (против движения часовой стрелки), т. е. магнитное поле реверсируется (ср. рис. 3.8).

Формула частоты вращения поля. Если число катушек в каждой фазе увеличить, а сдвиг фаз между токами сохранить в 120°, то частота вращения поля изменится. Например, при двух катушках в каждой фазе, расположенных, как показано на рис. 3.9, поле за один период повернется в пространстве на 180°.

Рис. 3.8                            Рис. 3.9                        Рис. 3.10

Для получения картины поля возьмем момент времени to, когда ток в фазе А положительный, а токи в фазах В и С отрицательные. Пользуясь правилом знаков для токов находим, что в данном случае число полюсов 2р = 4 или р = 2 и тогда n1 = 60f1 /p = 3000/2 =1500 об/мин. Рассуждая аналогично, для трех катушек в каждой фазе находим картину поля, показанную на рис.3.10. Здесь р = 3 и, следовательно, n1 = 1000 об/мин.

Общая формула для определения частоты вращения, об/мин, будет

n1 = 60 f1 /p (3.1)

Во всех рассмотренных случаях катушки каждой фазы были соединены между собой последовательно. Именно при таком соединении частота вращения поля статора для р =  1, 2  и 3  при f1= 50 Гц составила соответственно 3000, 1500 и 1000 об/мин.

Параллельное соединение катушек. Покажем, что при переключении катушек из одной фазы в другую и при их параллельном соединении число полюсов поля и, следовательно, частота вращения поля будут отличными от рассмотренных. В качестве примера возьмем по две катушки в каждой фазе и соединим их между собой параллельно так, как показано на рис.3.11,а и  в развернутом виде на рис. 3.11,6. Из картины поля видно, что р = 1, а частота вращения n1 = 3000 об/мин. Выше было показано, что при последовательном соединении тех же катушек частота вращения была 1500 об/мин. При частоте тока в  в сети  50 Гц частота вращения поля статора определяется из выражения

п1 = 60 f1 / p = 60 ∙50 / p .

Задаваясь различным числом пар полюсов р = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, находим частоту вращения поля. Результаты расчета сведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

1

2

3

4

5

6

8

10

3000

1500

1000

750

600

500

375

300

electrono.ru

Вращающееся магнитное поле. Принцип работы асинхронного двигателя

Поиск Лекций

Одним из главных достоинств трехфазных цепей является возможность получения вращающихся магнитных полей, ле­жащих в основе работы наиболее распространенных типов асинхронных двигателей. Принцип получения вращающегося маг­нитного поля можно проиллюстрировать на примере двух взаимно перпендикулярных катушек индуктивностей. На рисунке 2.20 показан в разрезе один виток каждой катушки, питаемой синусоидальными токами i1 и i2. Под действием этих токов создаются магнитные поля с индукцией в точке пересечения катушек (ток течет от конца, помеченного знаком «х» к концу «.»): B1 = Bmsinwt и B2 = Bmcoswt. Результирующий вектор магнитной индукции

, (2.50)

т. е. получено результирующее магнитное поле, вращающееся по часовой стрелке с угловой частотой w. Аналогичным образом может быть образовано вращающееся магнитное поле в трехфазной системе с токами, создающими мгновенные значения индукции:

. (2.51)

Рисунок 2.20 – Магнитное поле двух взаимно перпендикулярных

катушек индуктивности

Введем в рассмотрение фазовый оператор a = ej2p/3. Тогда результирующий вектор индукции определится как:

(2.52)

Таким образом, получено результирующее магнитное поле с амплитудой магнитной индукции 1,5Вm, вращающееся с угловой частотой w по часовой стрелке.

На использовании вращающегося магнитного поля основан принцип действия трехфазного асинхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле в асинхронном двигателе создается обмотками статора. Это поле наводит в обмотках ротора индукционные токи. Взаимодействие этих токов с вращающимся магнитным полем приводит к возникновению вращающегося момента в направлении поворота поля. В результате ротор начинает вращаться со скоростью u (об/мин), несколько меньшей скорости вращения магнитного поля un (отсюда термин «асинхронный»). Для характеристики степени различия указанных скоростей враще­ния вводят параметр

, (2.53)

называемый скольжением. Для получения вращающего момента величина скольжения должна быть больше нуля (обычно s0 = 0,02...0,04).

Синхронный генератор

Ротор синхронных машин вращается синхронно с вращающимся магнитным полем. Поскольку частоты вращения ротора и магнит­ного поля одинаковы, в обмотке ротора не индуцируются токи. Поэтому обмотка ротора получает питание от источника постоянного тока. Устройство статора синхронной машины практически не отличается от устройства статора асинхронной машины.

Питание к обмотке ротора подводится через скользящие контакты, состоящие из медных колец и графитовых щеток. При враще­нии ротора его магнитное поле пересекает витки обмотки статора, индуцируя в них ЭДС. Чтобы получить синусоидальную форму ЭДС, зазор между поверхностью ротора и статором увеличивают от середины полюсного наконеч­ника к его краям (рисунок 2.21).

Рисунок 2.21 – Синхронный генератор

Частота индуцированной ЭДС (напряжения, тока) синхронного генератора:

(2.54)

где р – число пар полюсов ротора генератора.

Синхронный двигатель

Устройство статора синхронного двигателя анало­гично устройству статора асинхронного двигателя. Ротор синхронного двигателя представляет собой электромагнит или постоянный магнит (рисунок 2.22). Принцип работы синхронного двигателя поясняется рисунком. Внутри магнита N1S1 помещен магнит NS. Если магнит N1S1 вращать, то он потянет за собой магнит NS. В стационарном режиме частоты вращения обоих магнитов одинаковы.

К валу магнита NS можно приложить механическую нагрузку. Чем больше эта нагрузка, тем больше угол отставания оси магнита NS от оси магнита N1S1.

Рисунок 2.22 – Синхронный двигатель

В реальном двигателе поле магнита заменено вращающимся магнитным полем статора; при этом ротор либо вращается синхронно с магнитным полем статора, отставая на угол a, либо останавливается (выпадает из синхронизма) при перегрузке. Таким образом, независимо от нагрузки ротор всегда враща­ется с постоянной частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора: n2 = n1 = 60f/р.

Постоянство частоты вращения – важное достоин­ство синхронного двигателя. Строгое постоянство частоты вращения требуется во многих областях техники, например при записи и воспроизведении звука. Недостаток синхронного двигателя – трудность пуска: для пуска нужно раскрутить ротор в сторону вращения поля статора. Для этого чаще всего применяют специальную короткозамкнутую обмотку, вделанную в ротор. В момент пуска двигатель работает как асинхронный. Когда частота вращения ротора приближается к частоте вращения поля статора, ротор входит в синхронизм и двигатель работает как синхронный.

Синхронные двигатели особенно удобны для привода роторов гироскопов. В тех случаях, когда гироскоп используют для особо точных измерений (например, в баллистических ракетах), приводом ротора гироскопа служит синхронный двигатель. При этом частота вращения ротора зависит только от конструкции двигателя и частоты питающего тока, которую можно стабилизировать с очень высокой степенью точности.

Вопросы для самотестирования

1 Как изменяется эквивалентная индуктивность двух последовательно соединённых индуктивно связанных катушек при согласном включении?

2 Из каких двух составляющих состоит эквивалентное сопротивление отдельных индуктивно связанных ветвей при их параллельном включении?

3 Какие законы и методы используют при расчёте индуктивно связанных цепей?

4 Размагничивает или намагничивает вторичная обмотка трансформатора первичную обмотку?

5 Какие виды соединений могут быть в трёхфазных цепях?

ЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПОНЕНТЫ

poisk-ru.ru