Электрические машины. Общие сведения. Вращающееся магнитное поле

Электрические машины

Общие сведения

Электрическая машина – электромагнитное устройство, состоящее из статора и ротора, и преобразующее механическую энергию в электриче- скую (генераторы) или электрическую в механическую (электрические двигатели).

Принцип действия электрических машин основан на законах элек- тромагнитной индукции, Ампера и явлении вращающегося магнитного по- ля.

Согласно закону электромагнитной индукции, открытому М. Фара- деем в 1831 г, в проводнике, помещенном в магнитное поле и движущемся относительно него со скоростью V наводится ЭДС E , направление кото- рой определяется правилом буравчика или правилом правой руки (рису- нок 7.1).

a) б)

Рисунок 7.1 – Иллюстрация к закону электромагнитной индукции

(а), и закону Ампера (б)

Если проводник длиной l равномерно движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то значение наводимой в проводнике ЭДС равно

E = V × B × l ,

(7.1)

где В – индукция магнитного поля.

Согласно закону Ампера на проводник с током I , помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется прави- лом буравчика или правилом левой руки, а значение по формуле:

FA = I × B × l ,

(7.2) →

где направление тока I , магнитной индукции B и силы пендикулярны.

Вращающееся магнитное поле

FA взаимно пер-

Важным преимуществом трехфазного тока является возможность получения вращающегося магнитного поля, лежащего в основе принципа действия электрических машин – асинхронных и синхронных двигателей трехфазного тока.

^C i i i i

A B C

B C

a) б)

Рисунок 7.2 – Схема расположения катушек при получении вра- щающегося магнитного поля (а) и волновая диа- грамма трехфазной симметричной системы токов, текущих по катушкам (б)

Вращающееся магнитное поле получают, пропуская трехфазную

систему токов (рисунок 7.2,б) по трем одинаковым катушкам

А, В,С

(ри-

сунок 7.2,а), оси которых расположены под углом 120⁰ относительно друг друга.

На рисунке 7.2,а показаны положительные направления токов в ка-

тушках и направления индукций магнитных полей мых каждой из катушек в отдельности.

ВА , ВВ , ВС , создавае-

На рисунке 7.3 показаны действительные направления токов для мо-

ментов времени

t = 0;

t = T ;

t = 3T

и направления индукции

Bрез

результирующего магнитного поля, создаваемого тремя катушками.

Анализ рисунка 7.3 позволяет сделать выводы:

- индукция

Bрез

результирующего магнитного поля с течением

времени меняет свое направление (вращается);

- частота вращения магнитного поля такая же, как и частота изме- нения тока. Так, при f =50 Гц вращающееся магнитное поле совершает пятьдесят оборотов в секунду или три тысячи оборотов в минуту.

Значение индукции результирующего магнитного поля постоянно:

Bрез

= 1,5Вm ,

где

Bm – амплитуда индукции одной катушки.

x x

Рисунок 7.3 – Направление индукции вращающегося магнитного по- ля в различные моменты времени