§ 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ

Если три катушки, включенные в трехфазную сеть переменного тока, разместить по окружности так, чтобы между плоскостями любых двух катушек был угол 120°, а в центре этой окружности поместить магнитную стрелку на оси, то стрелка придет во вращение, Так как магнитная стрелка в этом опыте может вращаться только под действием магнитных сил, то совокупность магнитных полей, созданных токами трех катушек, включенных в трехфаэную сеть, является вращающимся магнитным полем. Разберем причину этого явления.

Изобразим графически изменения токов в катушках (рис. 5-3) и выберем четыре произвольных момента времени: Для каждого из этих моментов последовательно изобразим результирующие магнитные потоки внутри статора трехфазной машины,

Рис. 5-3

условно имеющей три обмотки, состоящие каждая из одного витка (рис. 5-4). Обозначим начала обмоток (витков) буквами А, В и С, а концы — соответственно X, Y и Z. Ток в начале обмотки будем считать направленным к нам, если его значение положительно. Для момента времени имеем: обмотка потока не создает в начале обмотки В ток направлен от нас , а в ее конце Y — к нам; в начале обмотки С ток направлен к нам а в ее конце Z — от нас. Таким образом, в двух расположенных рядом проводниках С и Y, перпендикулярных к плоскости чертежа, токи направлены одинаково в момент и создают магнитный поток, направленный по правилу буравчика против часовой стрелки, а токи в проводниках В и Z создают поток, направленный по часовой стрелке. Оба потока внутри статора машины имеют одинаковое направление (вверх). Направление оси общего магнитного потока отметим стрелкой.

Рассматривая таким образом положение магнитного потока для каждого из указанных моментов, приходим к выводу, что направление магнитного потока изменяется на 180° за полпериода. Легко убедиться, что за период ось магнитного потока сделает один оборот, и очевидно, что скорость вращения ее пропорциональна частоте тока.

Мы рассмотрели положение магнитных потоков для фиксированных моментов времени, но ток изменяется непрерывно. Отсюда можно предположить, что магнитный поток поворачивается не скачками, а непрерывно с постоянной скоростью. Количественное рассмотрение вопроса о создании вращающегося магнитного поля трехфазной системой приводит нас к более подробным выводам.

Пусть на статоре трехфазной машины имеются три обмотки, включенные в трехфазную систему (рис. 5-5), а магнитная индукция

Рис. 5-4

Рис. 5-5

в точке О, создаваемая каждой обмоткой, изменяется по синусоидальному закону:

Очевидно, что для определения длины и положения результирующего вектора индукции в точке О следует найти сумму проекций векторов на ось координат Ох:

Сумма проекций этих векторов даст проекцию результирующего вектора индукции:

т. е.

Точно так же поступим и для нахождения проекции результирующего вектора Индукции на ось Оу:

Таким образом, в результате этих преобразований мы получили две составляющие общего результирующего вектора магнитной индукции В:

по которым найдем значение суммарной индукции (рис. 5-6):

Рис. 5-6

Оказывается, что длина вектора магнитной индукции В не зависит от времени; при его составляющая (вектор занимает вертикальное положение); с увеличением t вертикальная проекция уменьшается, а горизонтальная увеличивается, в результате чего В будет поворачиваться по часовой стрелке.

Для определения скорости вращения вектора магнитной индукции В положим, что в некоторый произвольный момент времени t он образует с осью угол для которого можно записать:

откуда

т. е. вектор индукции В вращается с постоянной угловой скоростью в направлении часовой стрелки. Иначе говоря, получается постоянное по значению равномерно вращающееся магнитное поле.

Простой способ создания вращающегося магнитного поля трехфазной системой положен в основу устройства трехфазных двигателей. Если изменить очередность фаз (изменится и последовательность токов), то, проведя аналогичные преобразования, получим:

Отсюда следует, что В будет вращаться против часовой стрелки (при вектор В займет горизонтальное положение; с увеличением t горизонтальная проекция уменьшится, а вертикальная увеличится, т. е. В повернется против часовой стрелки. Изменением последовательности фаз пользуются для изменения направления вращения роторов трехфазных двигателей, т. е. для реверсирования двигателей.