6. Вращающееся магнитное поле

Движущиеся магнитные поля широко используют в разных областях техники. Во многих механизмах с линейным движением используют бегущее вдоль заданной прямой магнитное поле. Такое поле создают в электромагнитных насосах для электропроводных жидкостей. В таких насосах отсутствуют движущиеся части. Движение жидкости происходит в результате взаимодействия бегущего магнитного поля на токи, индуцированные этим полем в жидкости.

В большинстве электрических машин переменного тока вращающееся магнитное поле токов статора заставляет вращаться ротор. Явление вращающегося магнитного поля было открыто в 1888 г. Г. Феррарисом и Н. Тесла. Было предложено много конструкций двигателей, использующих вращающееся магнитное поле. Но лучшей стала конструкция, разработанная М. О. Доливо–Добровольским. Рассмотрим принцип формирования вращающегося магнитного поля.

6.1. Магнитное поле катушки с синусоидальным током

Магнитное поле одной катушки, по которой протекает синусоидальный ток, представляет собой пульсирующее магнитное поле. На рис. 15.12 изображена катушка, по которой протекает синусоидальный ток i = I_m·sin ωt. Магнитное поле определяется вектором магнитной индукции . Направление определяется направлением намотки катушки и направлением тока в ней в данный момент времени.

Н а рис. 15.12 начало обмотки обозначено символом Н, конец – К. Будем полагать, что в положительный полупериод синусоидального тока (интервал времени от 0 до π) ток входит в зажим Н и выходит из зажима К. В этом случае вектор магнитной индукции направлен вверх по осевой линии катушки. В следующий полупериод, когда ток отрицателен, вектор направлен вниз (пунктирная линия). Таким образом, геометрическим местом концов вектора является ось катушки.

6. 2. Магнитное поле системы из трех взаимно

смещенных на 120º катушек.

Расположим три одинаковые катушки так, что их оси будут смещены на 120º по отношению друг к другу (рис. 15.13, а). Положительное направление оси первой катушки обозначим +1, второй +2, третьей +3.

Подключим катушки к симметричной трехфазной Э.Д.С. Будем полагать, что токи входят в начала катушек Н и сдвинуты друг относительно друга по фазе на 120º так, что

Под действием токов у каждой катушки возникнет пульсирующее магнитное поле, причем

Мгновенные значения В₁, В₂, В₃ и результирующей индукции В_рез для моментов времени изображены на рис. 15.14, а÷г.

Запишем алгебраическую сумму проекции магнитных индукций В₁, В₂, В₃ на оси х и у декартовой системы координат (рис. 15.13, в).

Модуль результирующей индукции В_рез определяется геометрической суммой проекций

.

Отношение проекций определяет тангенс угла наклона результирующего вектора магнитной индукции В_рез к оси х в каждый момент времени

, следовательно α = π - ωt.

С увеличением времени вектор результирующей магнитной индукции, оставаясь по величине равным вращается с угловой скоростью ω по направлению от начала первой катушки с током к началу второй катушки с током , т. е. вектор вращается в сторону катушки с отстающим по фазе током. Если ток пропустить по третьей катушке, а ток – по второй, то направление вращения поля изменится на обратное.