Вращающееся магнитное поле

Одной из основных причин, благодаря которой многофазные, в частности трехфазные, цепи широко используются на практике, является возможность получения так называемого вращающегося магнитного поля. На эффекте вращающегося магнитного поля основан принцип действия электрических двигателей.

Статорные обмотки трехфазного электрического двигателя расположены также, как и обмотки рассмотренного ранее трехфазного генератора, что схематично показано на рис. 11.5

Питание фаз обмотки осуществляется от соответствующих фаз трехфазного источника, следовательно и токи фаз двигателя будут сдвинуты на угол 120 градусов

Ток в первой катушке создает пульсирующее магнитное поле, направленное по оси и изменяющееся во времени по закону

Представим некоторую ось , составляющую угол с направлением и спроектируем на нее вектор магнитной индукции первой катушки. Тогда проекция вектора на ось примет вид:

Аналогичные выражения для проекций на ось векторов магнитной индукции, создаваемых второй и третьей катушками, имеют вид

Пусть ось вращается с угловой частотой по часовой стрелке. Тогда угол будет изменяться по закону , где характеризует положение оси при .

Проекция на ось вектора магнитной индукции , создаваемого всеми тремя катушками, равна

Заменяя произведения тригонометрических функций суммами, получим:

Выражение в квадратных скобках равно нулю, следовательно, полагая , получим

Таким образом, вектор магнитной индукции имеет амплитуду и вращается в пространстве с угловой скоростью .

Наглядное представление о вращающемся магнитном поле можно получить, рассмотрев последовательность изменения токов в трех одинаковых катушках, сдвинутых в пространстве на 120 градусов относительно друг друга.

Положительные направления токов в катушках показаны на рисунке 11.5. Токи в катушках изменяются по гармоническому закону

Заметим, что при мгновенные значения токов , , . Направления токов и схематичная картина результирующего магнитного поля показаны на рис. 11. 6а.

Для имеем , , , что иллюстрирует рис. 11.6 б.

Изображенные на рис. 11.6 в и 11.6 г линии магнитной индукции относятся к случаям и .

Сопоставление схематичных картин магнитного поля, приведенных для последовательных моментов времени, показывает, что результирующее магнитное поле системы трехфазных катушек вращается в пространстве. Продолжив анализ, можно убедиться, что в течение одного периода изменения переменного тока магнитное поле совершает один полный оборот в пространстве.

На эффекте вращающегося магнитного поля основана работа синхронного и асинхронного электрических двигателей.