5. Вращающееся магнитное поле трехфазного тока

Полезной особенностью трехфазного тока (как и любого многофазного) является его способность создавать вращающееся магнитное поле необходимое для работы трехфазных двигателей. С помощью вращающегося магнитного поля электрическая энергия преобразуется в механическую энергию.

Три (6, 9 и т.д.) одинаковых обмоток уложены в пазы статора со смещением относительно друг друга на углы 120˚ и подключены к трехфазной сети (между собой обмотки могут быть соединены звездой либо треугольником, зависит от рабочего напряжения двигателя). Напряжение, приложенное к обмоткам, сдвинуто относительно друг друга по фазе на 120˚, также сдвинуты относительно друг друга и протекающие в них токи. Магнитные потоки, создаваемые этими обмотками, также сдвинуты на углы 120˚. Определим суммарный магнитный поток трех обмоток в конкретные моменты времени (Положительный магнитный поток направлен из обмотки, а отрицательный в обмотку):

_{а) ωt=0˚;}

_{б) ωt=120˚;}

_{в) ωt=-120˚;}

Таким образом, магнитный поток, оставаясь одинаковым по величине, вращается с угловой скоростью ω, равной круговой частоте протекающего тока. Направление вращения зависит от порядка чередования фаз. Вращающееся магнитное поле создает в роторе переменные ЭДС, в катушке ротора потекут переменные токи, взаимодействие которых с магнитным полем вызывает вращающий момент. Следовательно, ротор будет вращаться в ту же сторону, что и вращающееся магнитное поле. Скорость вращения магнитного поля определяется по формуле:

_{, где}

_{p – число пар полюсов}

_{f – частота}

_{Недостаток трехфазных двигателей – невозможность плавной регулировки скорости вращения. Регулировка – ступенчатая, производится переключением числа обмоток.}

_{В паспорте на трехфазный двигатель помимо рабочего напряжения и тока указывается величина скольжения (S):}

_{, где}

_{n1 – скорость вращения двигателя}

Так, как n₁<n, то двигатель называется асинхронным.

5. Несинусоидальные напряжения и токи

Причины возникновения несинусоидальных токов.

а) Несинусоидальные токи возникают в линейных электрических цепях под действием несинусоидального напряжения.

б) Несинусоидальные токи возникают при синусоидальном напряжении, если в цепи есть хотя бы один нелинейный элемент.

в) Несинусоидальные токи возникают в линейных электрических цепях, питающихся от двух или более источников синусоидального напряжения разной частоты.

Расчет линейных электрических цепей при несинусоидальном напряжении на зажимах цепи.

Если к зажимам цепи приложено несинусоидальное, периодически меняющееся напряжение, то его можно записать в виде ряда Фурье. На основании этого расчет такой цепи можно провести методом наложения.

На основании теоремы Фурье, любую периодически меняющуюся функцию можно представить в виде ряда, состоящего из суммы, включающей постоянную составляющую и гармоник (синусоид) различных частот, амплитуд и начальных фаз, при этом частоты кратны основной.

_{Согласно этому, любое несинусоидальное периодически меняющееся напряжение можно выразить в виде подобного ряда:}

_{Для расчета такой цепи (определение закона изменения тока (i(ωt)), действующего значения напряжения, тока и мощности), источник несинусоидального напряжения заменяется несколькими последовательно соединенными источниками синусоидального напряжения, разных частот и расчет производится методом наложения. Полагают, что каждый из источников вырабатывает в этой цепи свой ток и в результате потечет ток равный сумме всех этих токов.}

_{Определим закон изменения тока:}

_{а) Полагаем, что в цепи действует только источник U0 (ω=0) , так как в цепи есть конденсатор, то I0=0. Если конденсатора нет, то}

_{б) Определяем закон изменения тока для первой гармоники}

_{в) Аналогично определяем закон изменения тока для второй гармоники}

_{Полное сопротивление цепи для каждой гармоники тока различно, так как различны реактивные сопротивления катушки и конденсатора.}

_{Общий ток цепи будет равен сумме токов:}

_{Пример:}

_{Определить закон изменения тока, при следующих данных: R=30 Ом,}

_{L=127 мГн, С=40 мкФ, f=50 Гц,}

_{а) В цепи есть конденсатор, следовательно, I0=0.}

_{б) Определяем ток для 1 гармоники:}

_{Следовательно, i1 опережает u1}

_{в) Определяем ток для 2 гармоники:}

_{Следовательно, i2 отстает от u2}

_{г) Определяем ток для 3 гармоники:}

_{Следовательно, i3 отстает от u3}

_{Закон изменения тока:}