Вращающееся магнитное поле

Вращающимся называется магнитное поле направление которого вращается в пространстве с угловой скоростью ω₁ или с частотой n₁.

В первом приближении можно представить вращающееся магнитное поле как поле вращающегося постоянного магнита.

В электрических машинах вращающееся магнитное поле получается с помощью неподвижных катушек, оси которых смещены в пространстве на некоторый угол при питании этих катушек многофазным током. В электрических машинах применяется вращающееся магнитное поле двухфазного тока и трехфазного тока.

Рассмотрим получение вращающегося магнитного поля с помощью двухфазного тока.. Для создания вращающегося магнитного поля двухфазного тока необходимо иметь две неподвижные катушки, оси которых смещены в пространстве на угол 90° и питать эти катушки двухфазным током, т.е. двумя токами, которые сдвинуты по фазе на ¼ периода или на угол 90°, амплитуда и частота этих токов одинакова.

;

.

Предположим, что в пазах неподвижной части машины – статора расположены две катушки, каждая из которых состоит из двух витков, оси этих катушек смещены на 90°. Положительным будет считаться ток, который проходит от начала катушки.

Определим направление результирующего магнитного поля в моменты времени t₁, t₂, t₃, t₄:

где – вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля;

– вектор магнитной индукции катушки A, направленный вдоль оси катушки A;

– вектор магнитной индукции катушки B, направленный вдоль оси катушки B.

В момент времени t₂

Ток i_A положительный (от A к X). Ток i_B отрицательный (от Y к B). Вектор повернулся на 135°.

В момент времени t₃

Момент времени t₄ такой же как и момент времени t₁

Как видим результирующее магнитное поле перемещается по окружности, т.е. его полюса как бы вращаются. Определим величину и направление магнитного поля с помощью векторной диаграммы. Векторы и перпендикулярны друг другу из-за смещения осей катушек.

;

;

;

;

.

Величина результирующего магнитного поля:

.

Величина результирующего магнитного поля постоянна во времени, не изменяется. По величине это магнитное поле равно амплитуде магнитного поля одной из катушек.

Определим направление результирующего магнитного поля. Будем характеризовать направление углом α. Определим тангенс этого угла:

.

Угол α изменяется со временем. Вектор будет вращаться по окружности. Направление магнитного поля будет изменяться во времени.

Определим угловую скорость вращающегося магнитного поля (ω₁):

.

Угловая скорость вращающегося магнитного поля равна угловой частоте тока. Направление вращения магнитного поля – в сторону катушки с отстающим по фазе током.

Для создания вращающегося магнитного поля трехфазного тока необходимо иметь 3 неподвижные катушки, оси которых смещены в пространстве (по окружности) на угол 120° и питать эти катушки трехфазным током.

;

;

.

Каждая катушка создает свое магнитное поле направленное вдоль оси этой катушки.

;

;

;

;

.

Магнитная индукция результирующего магнитного поля не изменяется во времени и остается постоянной. Направление вектора результирующего магнитного поля изменяется во времени α = ω·t.

Угловая скорость вращающегося магнитного поля:

.

Поле трехфазного тока получается в 1,5 раза больше, чем двухфазного. Магнитное поле трехфазного тока вращается с той же скоростью, что и магнитное поле двухфазного тока.

ω₁ = ω соответствует тому случаю, когда магнитное поле имеет один северный плюс и один южный p = 1, где p – число пар полюсов.

В случае p = 2 северный полюс займет место северного после поворота на 180° или через пол оборота. При увеличении числа полюсов скорость магнитного поля уменьшается.

;

;

.

Число пар полюсов может быть только целым.

В машинах переменного тока скорость вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью.