Опис магнітного поля
Особливістю багатофазних систем є можливість створити в механічно нерухомому пристрої (наприклад, в статорі електричної машини) обертове магнітне поле. Будучи поміщеним в таке поле, будь електропровідне тіло або магніт відчуває, що обертає. Це явище покладено в основу дії асинхронних і синхронних електродвигунів.
Асинхронний двигун.
Уздовж осі котушки, обтічної змінним струмом, існує пульсуюче магнітне поле. Дійсно, якщо взяти для деякого моменту часу напрямок струму таким, як це показано в перерізі котушки на рис. 1а (Хрестик - струм спрямований від спостерігача, точка - до спостерігача), то відповідно до правила магнітний потік і магнітна індукція будуть спрямовані уздовж осі котушки в напрямку, позначеному знаком «плюс». Нехай цей момент часуt1 доводиться на напівперіод синусоїдального струму, коли струм має позитивні значення (рис. 1б).
Малюнок 1. Схема перетину котушки.
Припустимо, нарешті, що магнітна індукція змінюється пропорційно току (це може мати місце тільки в лінійній ланцюга). Тоді з подальшим зростанням струму індукція магнітного поля буде наростати, досягне максимуму, потім почне спадати, залишаючись спрямованої так само, як і в моментt1, і лише після переходу струму через нуль зміниться напрямок магнітного поля (індукції).
Таким чином, в розглянутому прикладі накладаються один на одного два процеси: зміна магнітної індукції в часі (за синусоїдальним законом В = Вт sin?t) і в просторі.
Тепер звернемося до трифазної системі. Візьмемо три котушки з трьома струмами, що утворюють трифазну систему і розмістимо їх в просторі під кутом 120 ° відносно один одного (рис. 2а - в). Позитивні напрямки осей трьох котушок позначені + 1, + 2 і + 3.
Схема трифазної системи.
Уздовж осі кожної котушки утворюється пульсуюче магнітне поле, проте всі три поля будуть накладатися один на одного, і в активній зоні котушок буде існувати єдиний результуючий магнітне поле, що характеризується вектором сумарної магнітної індукції.
На рис. 2в розглянуті послідовно три моменти часу t1, t2, t3, для яких побудовані вектори магнітної індукції кожної фази і результуючий вектор В. У момент t1 ток в котушці А (І магнітна індукція) позитивний і максимальний, а струми в котушках В і С однакові, негативні і складають половину від струму в котушці t1. Результуючий вектор магнітної індукції направлений по осі тієї котушки, в якій струм максимальний: в даному випадку по осі котушки А. У момент t2 ток в котушці А зменшився:
Струм в котушці З дорівнює йому, але негативний, ток в котушці В дорівнює нулю- результуючий вектор магнітної індукції «повернувся» на кут 30 ° у бік, відповідну чергуванню фаз (за годинниковою стрілкою). В моментt3 струми в котушках А та В однакові, позитивні і рівні половині амплітудного значення, а струм в котушці З негативний і максимальний. Результуючий вектор магнітної індукції розміщується в негативному напрямку осі котушки С. За період синусоїдального струму вектор результуючої магнітної індукції зробить повний поворот на 360 °, отже, він буде обертатися з кутовою швидкістю, що відповідає частоті змінного струму.
Магнітне поле, вектор магнітної індукції якого обертається в просторі, називається обертовим магнітним полем.
Обертове магнітне поле, вектор магнітної індукції якого не змінюється за величиною і обертається з постійною кутовою швидкістю, називається круговим.
Якщо порушена геометрична або електромагнітна симетрія в трифазній електричній машині (амплітуди струмів окремих фаз неоднакові, відсутній струм в одній з фаз, обмотка однієї з фаз включена неправильно і т. П.), То обертове магнітне поле стає еліптичних, т. Е. Вектор результуючої магнітної індукції змінюється за величиною і обертається зі змінною кутовою швидкістю. Найкращі умови для роботи електричних машин створює кругове обертове магнітне поле.
