Курс лекций по физике Электротехника

Расчет цепей переменного тока Расчет синусоидальных и несинусоидальных цепей Контрольная по ТОЭ

Вращающееся магнитное поле трехфазной системы

1. Получение вращающегося магнитного поля. Одним из основных достоинств трехфазной системы является возможность получения вращающегося магнитного поля, которое широко применяется в электрических машинах, измерительных приборах и аппаратах переменного тока. Рассмотрим магнитное поле катушки, по которой проходит синусоидальный ток i = Im sin t. ha рис. 15.29 катушка изображена в виде витка, ее начало обозначено Я, а конец — K. В первый полупериод ток i положителен. Его можно направить от начала к концу катушки. Пользуясь правилом буравчика, легко определить направление вектора магнитной индукции поля В. При положительных токах этот вектор направлен по оси катушки вправо. В следующий полу-период-ток i отрицателен и вектор магнитной индукции В направлен влево. Таким образом, магнитное поле катушки с синусоидальным током изменяется (пульсирует) вдоль оси катушки и называется пульсирующим.

Рассмотрим статор трехфазного двигателя с тремя одинаковыми катушками, смещенными друг относительно друга на 120°. Если катушки подключить к симметричной трехфазной сети, то в них возникнут токи iA = Imsint; iB = Imsin(t — 120°); ic = Im sin (t — 240°). Графики этих токов изображены на рис. 15.30, где схематически показан статор трехфазного двигателя с тремя катушками. Как и ранее, условимся ток с положительным знаком считать направленным от начала катушки к ее концу, а с отрицательным знаком — от ее конца к началу. Положительное направление тока будем обозначать крестиком в начале катушки и точкой в конце. Проследим за направлением магнитного потока, созданного тремя катушками в течение четырех моментов времени t0, t2, t4 и t6. В начальный момент времени to по первой катушке двигателя ток не проходит iA = 0). Во второй катушке ток отрицательный. Поэтому в конце второй катушки Y поставим крестик, а в начале этой катушки В — точку. В третьей катушке ток положительный. Значит, в начале катушки С нужно поставить крестик, а в конце катушки Z — точку. Теперь, когда обозначено направление тока, по правилу буравчика находим направление магнитных силовых линий. Вокруг проводников С и У магнитные силовые линии замыкаются по коду часовой стрелки, а вокруг проводников Z и В — против нее. Тогда результирующий магнитный поток Направлен вниз. Основываясь на указанных рассуждениях, нетрудно получить картину поля и для последующих моментов времени t2, t4 и t6.

Сравнив направления полученных магнитных потоков, сделаем следующий вывод: общий магнитный поток статора вращается по ходу часовой стрелки с угловой скоростью один оборот за период Т. При частоте f = 50 Гц магнитное поле вращается с угловой скоростью 50 об/с, или 3000 об/мин. Если требуется изменить направление вращения поля, то достаточно изменить последовательность фаз, т.е. поменять токи в двух катушках, например первую катушку присоединить к фазе В, а вторую — к А. Магнитная индукция вращающегося поля не зависит от времени и в 1,5 раза больше амплитуды магнитной индукции каждой катушки, т. е.

2. Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя.

Статор трехфазного двигателя при наличии в его катушках трехфазного тока создает вращающееся магнитное поле. Выясним, какое влияние оказывает это поле на ротор двигателя, в пазах которого имеется короткозамкнутая обмотка. Допустим, что вначале ротор неподвижен. При этом вращающееся магнитное поле пересекает неподвижную, короткозамкнутую обмотку рото ра и наводит в ней ЭДС. В результате в обмотке появится ток, который взаимодействует с магнитным полем статора. Механические силы этого взаимодействия заставляют ротор вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле статора, но с меньшей скоростью. Частота вращения ротора n2 не может быть равна частоте магнитного поля статора п1, так как при равенстве этих величин вращающееся поле не будет пересекать проводники обмотки ротора, в них исчезнет ток, а значит, и действующие на ротор механические силы. Вследствие неравенства частот n2 и n1 рассмотренный трехфазный электродвигатель называется асинхронным двигателем.

Вращающееся магнитное поле двухфазной системы

1. Устройство двухфазного статора. Векторная диаграмма токов и напряжения. Вращающееся магнитное поле можно получить с помощью двухфазной системы переменных токов в двух перпендикулярно расположенных катушках. Двухфазную систему образуют два переменных тока одной амплитуды и частоты, сдвинутых друг относительно друга на 90°. Для создания вращающегося магнитного поля применяется двухфазный статор с двумя обмотками, сдвинутыми одна относительно другой на угол 90°: Такой статор схематически изображен на рис. 15.31, а. Начало первой обмотки обозначено А, а ее конец — X. Начало второй — В, а конец — Y. Последовательно со второй обмоткой статора включен конденсатор емкости С. Вторую обмотку с емкостью и первую соединяют параллельно и включают в сеть с напряжением U (рис. 15.31,6). Общий ток источника I состоит из двух токов: IА и IВ. Ток IА проходит по первой обмотке статора, обладающей активным и индуктивным сопротивлениями. Поэтому он отстает по фазе от напряжения U на угол ф1 (рис. 15.31, в). Ток второй обмотки IB за счет емкости С опережает напряжение U на угол ф2. Емкость конденсатора выбирают с таким расчетом, чтобы ф1 + ф2 = 90°, а IА = IB. Таким образом получают два одинаковых тока, сдвинутых по фазе на угол 90°.

2. Получение вращающегося магнитного поля двухфазной системы. Мгновенные значения токов в обмотках статора можно выразить следующими уравнениями: iA = Imsint; iВ = Im × sin(t + 90°). Графики этих токов показаны на рис. 15.32. В начальный момент времени t0 ток iA = 0, a iB = Im, т. е. достигает амплитудного положительного значения. Значит, в начале второй обмотки В нужно поставить крестик, а в конце Y — точку. Затем по правилу буравчика найдем направление результирующего магнитного потока Ф, направленного от X к А. Аналогично определим направление потока Ф для моментов времени t1, t2, t3 и t4. Из построения (рис. 15.32) видно, что результирующий магнитный поток совершает полный оборот за один период переменного тока.

Для изменения направления вращения поля нужно поменять местами провода, подходящие к одной из обмоток статора. Индукция вращающегося магнитного поля постоянна и равна амплитуде индукции одной катушки В = Вт. Вращающееся магнитное поле двухфазной системы используется в однофазных асинхронных двигателях, различных электроизмерительных приборах и других устройствах.

Расчет проводов по допустимой потере напряжения