Вращающееся магнитное поле

Одним из основных преимуществ многофазных токов является возможность получения вращающихся магнитных полей, лежащих в основе принципа действия наиболее распространенных типов двигателей переменного o тока. Вращающееся магнитное поле было получено физиком Г. Феррарисом в 1884 г., однако он пришел к ошибочному заключению о невыгодности его применения для создания электродвигателей.

В 1887 - 1888 гг. инженер-физик Н.Тесла сконструировал двухфазный асинхронный двигатель (наименование "асинхронный" будет пояснено в следующем параграфе), а в 1889 г. М. О. Доливо-Добровольский изобрел и построил трехфазный асинхронный двигатель. Н. Тесла в последующие годы вел работы по внедрению двухфазных двигателей, генераторов и электропередач в США. Одновременно М. О. Доливо-Добровольский разрабатывал все звенья трехфазной системы и внедрял ее в Европе. Подлинным триумфом трехфазной системы токов явилась установка по передаче энергии на расстояние 175 км от Лауфенского водопада до Франкфурта-на-Майне, осуществленная М. О. Доливо-Добровольским в 1891 г. Преимущества трехфазной системы были несомненны, и она быстро получила общее признание и повсеместное применение.

Ознакомимся на простейшем примере с получением вращающегося магнитного поля посредством трехфазной системы токов.

Расположим три одинаковые катушки 1, 2 и 3 под углом 120° относительно друг друга. На рис. 35, а они показаны в поперечном разрезе. Подключим катушки 1, 2 и 3 соответственно к фазам А, В и С источника питания таким образом, чтобы токи были симметричны (рис. 35,6) при показанных на рис. 35, а положительных направлениях токов. Рассмотрим схематические картины магнитного поля для различных следующих друг за другом моментов времени. Пусть первый из рассматриваемых моментов времени соответствует совпадению линии времени с вектором при этом . Направления токов в катушках и схематическая картина магнитного поля показаны на рис. 36, а, где штриховой линией изображены две магнитные линии. Для момента времени, соответствующего положению линии времени, отмеченному цифрой 2, . Направления токов в катушках и схематическая картина поля даны на рис. 36, б. Далее на рис. 36, в и г показаны направления токов и схематические картины поля для моментов времени, соответствующих положениям 3 и 4 линии времени. Сопоставление схематических картин магнитного поля, приведенных для различных следующих друг за другом моментов времени, наглядно показывает вращение магнитного поля. Продолжив анализ, можно убедиться, что в течение одного периода переменного тока магнитное поле таких катушек совершает один полный оборот.

Направление вращения магнитного поля зависит исключительно от последовательности фаз токов в катушках. Если сохранить подключение катушки 1 к фазе А источника питания, катушку 2 подключить к фазе С, а катушку 3 - к фазе В, то направление вращения поля изменится на противоположное. В этом можно убедиться, построив схематические картины магнитного поля для различных моментов времени аналогично тому, как это было показано выше.

Движущиеся в пространстве магнитные поля, частным случаем которых является рассмотренный пример, широко применяются в различных областях электротехники. Для получения движущегося магнитного поля нужно иметь минимум две пространственно смещенные обмотки с несовпадающими по фазе токами.

Дополнительно по теме