6.9. Обертальне магнітне поле

Значною перевагою багатофазових систем енергозабезпечення перед однофазними являється можливість одержання обертального магнітного поля. Це дозволяє створювати різні електричні машини.

Обертальне магнітне поле одержують шляхом накладення системи пульсуючих магнітних полів.

6.9.1. Пульсуюче магнітне поле

Пульсуюче магнітне поле утворюється в котушці, по якій протікає синусоїдний струм.

Розглянемо поперечний переріз електричної машини з однією обмоткою (котушкою) (рис. 6.19).

Пропустимо по обмотці постійний струм . Створюване ним магнітне поле проходить по колу: статор-повітряний проміжок-ротор-повітряний проміжок-статор.

Напрям силових ліній магнітного поля визначається за правилом буравчика. Місце виходів силових ліній із ротора утворює південний полюс S, а місце входів – північний полюс N. Таким чином, при наявності однієї

обмотки утворюється магнітне поле з однією парою полюсів N-S, вектор магнітної індукції В₀ якої направлений вздовж осі котушки.

В ектор магнітної індукції котушки В₀ в повітряному проміжку відраховується від осі котушки. Він має максимальне значення В_о на осі обмотки (λ = 0) і дорівнює нулю на нейтральній осі, яка проходить через середину обмотки. Цю залежність в електричних машинах конструктивним методом роблять косинусоїдною, тобто , (рис. 6.20,а), при цьому .

( )

Якщо по обмотці протікає косинусоїдний струм i=I_mcosωt, то амплітуда магнітної індукції, яка пропорційна струму, буде дорівнювати B₀=B_mcosωt. Тоді в повітряному проміжку магнітна індукція буде змінюватися за законом:

Змінюючи значення ωt від 0 до 180⁰ побудуємо картину магнітного поля в повітряному проміжку машини (рис. 6.20,б). Бачимо, що амплітуда В зменшується від +В_m до –В_m. При подальшому збільшенні від 180⁰ до 360⁰ амплітуда В буде збільшуватися від -В_m до +В_m.

Магнітне поле, яке в просторі не змінює свого положення, а тільки змінює величину вздовж осі котушки, називається пульсуючим.

6.9.2. Двофазне обертальне магнітне поле

Розглянемо дві котушки, які розміщені взаємно перпендикулярно і живляться двофазним синусоїдним струмом:

i ₁=I_m sіnωt, i₂=I_m sіn(ωt-π/2).

В кожній котушці виникає пульсуюче магнітне поле, яке направлене вздовж її осі. Так як магнітна індукція пропорційна струму, то:

B₁=B_m sіnωt – направлена по осі оу,

B₂=B_m sіn(ωt-π/2)= - B_m cosωt – направлена по осі ох.

Миттєва магнітна індукція результуючого магнітного поля буде дорівнювати:

.

Тобто, індукція результуючого магнітного поля В є сталою величиною і дорівнює В_m.

Визначимо кут λ між напрямами В та oy.

Так як то:

Кут λ змінюється в часі зі швидкістю: .

При цьому вектор магнітної індукції В результуючого магнітного поля обертається за годинниковою стрілкою, що витікає із його діаграм (рис. 6.22), побудованих за рівняннями його складових В₁ і В₂ : для деяких значень ωt.

Таким чином, якщо скласти два взаємно перпендикулярні пульсуючі поля, зсунуті по фазі на 90⁰, то одержимо результуюче магнітне поле зі сталим вектором магнітної індукції В_m, що обертається зі сталою кутовою швидкістю за годинниковою стрілкою.