Как можно изменить направление вращения магнитного поля трехфазного тока

Вращающееся магнитное поле трёхфазного тока.

П олучение вращающегося магнит­ного поля рассматривается на примере магнитного поля трехфазного тока.

Е сли по трем неподвижным одинаковым катушкам (обмоткам) АХ, BY и CZ, скрепленным под углом 120° в пространстве (рис. 17.1), пропустить трехфазный ток (рис. 17.2)

то в этих обмотках создается трехфазный магнитный поток

(17.2)

На рис. 17.1 и 17.2 обмотки изображены упрощенно, каждая в виде одного витка с началами А, В, С и концами соответственно X, Y, Z

Трехфазный магнитный поток внутри этих неподвижных катушек создает вращающееся магнитное поле трехфазного тока !| (рис. 17.2).

За положительное направление тока в обмотках принято направление от начала каждой катушки к ее концу, как показано на рис. 17.1.

Направление магнитного потока, созданного тремя обмотками для моментов времени а, Ь, с, c, d, е, определяется по временной диаграмме (рис. 17.2) в зависимости от направления тока в каж­дой обмотке в эти моменты времени.

Н аправление магнитного потока, созданного каждой активной стороной обмотки (и их сочетанием), определяется по правилу буравчика для каждого момента времени. Направление суммар­ного потока Ф для каждого момента времени показано на рис. 17.2 прямыми стрелками Ф.

Как видно, магнитное поле Ф внутри неподвижных обмоток вращается по часовой стрелке. Для изменения направления вращения магнитного поля достаточно изменить чередования фаз обмоток при подключении последних к трехфазной цепи (на­пример, поменять местами подключение двух обмоток: ВС и СА).

Величина вращающегося магнитного потока Ф остается посто­янной и равной Ф= 1,5Ф_m одной фазы, что можно наблюдать по временной диаграмме в любой момент времени (рис. 17.2). Вращающееся магнитное поле трехфазного тока нашло широко, применение в трехфазных машинах (асинхронных и синхронных).

Вращающееся магнитное поле двухфазного тока.

Д вухфазным током называется совокупность двух однофазных токов, сдвинутых по фазе друг относительно друг;

(17.3

Эти токи создают в обмотках переменные магнитные потоки, сдвинутые по фазе также на угол 90°:

(17.4)

Таким образом, если по двум неподвижно скрепленным под уг­лом 90° обмоткам пропустить двухфазный ток, то внутри этих обмоток (рис. 17.3а) создается вращающееся магнитное поле двух­фазного тока.

Как видно (рис. 17.36), постоянный магнитный поток (Ф = Ф„ одной фазы) вращается против часовой стрелки, если при указан­ном расположении обмоток первый ток ц опережает второй ток i₂ по фазе.

Нетрудно убедиться в том, что если бы второй ток (i₂) опережал первый (i₁), то магнитное поле вращалось бы в обратную сторону.

Вращающееся магнитное поле двухфазного тока широко при­меняется для пуска и работы однофазных машин переменного тока.

Как изменить вращение асинхронного электродвигателя?

Почему не изменяется вращение электродвигателя при замене двух фаз?

Потому что пусковой момент асинхронного двухфазного двигателя с симметричной обмоткой равен нулю.

Обмотка двухфазного асинхронника состоит из двух — пусковой и рабочей, и они создают два магнитных момента, конструктивно смещенных один относительно другого. В пусковой обмотке может стоять конденсатор, он же и обеспечивает сдвиг фазы. Если его переставить в рабочую обмотку, то направление вращения изменится. Только вот рабочая обмотка рассчитана на больший ток. Ведь в цепи пусковой обмотке стоит сопротивление, которое, опять же обеспечивает сдвиг фаз тока нужный для пускового момента. Направление вращения вы таким образом измените, но долго он так не проработает.

Бывалые электрики расскажут вам, что трехфазник (он симметричен) можно запустить "шворкой" намотав шнур на вал и резко дернув за него. То есть создав пусковой внешний момент .

Асинхронный электродвигатель может быть подключен к сети несколькими способами:

• непосредственно от трехфазной сети (в этом случае нужно поменять местами любые два из трех фазных проводов местами);
• электродвигатель питается при помощи конденсатора от однофазной сети (здесь нам нужно отключить вывод конденсатора, который соединяется с одним из проводов, который питает его, а затем переключить на другой);
• электродвигатель питается при помощи трехфазного инвертора (тут лучше довериться инструкции по применению).

Все манипуляции нужно проводить, конечно, когда электродвигатель отключен от сети.

Изменение направления вращения в асинхронном двигателе переменой двух фаз в обмотках возможно только для ТРЁХФАЗНЫХ двигателей (предназначенных для включения в трёхфазную сеть)!

Главный принцип изменения направления асинхронного двигателя-это изменение направления вращения

Однофазные асинхронные двигатели имеют несколько принципов создания вращающегося магнитного поля.

Есть однофазные конденсаторные двигатели: одна из двух обмоток включена через фазосмещающий конденсатор: здесь для изменения вращения необходимо изменить направление включения любой из двух обмоток (для этого из двигателя должно выходить 4 провода, т.е. точка соединения обмоток -не должна быть внутри).

Есть однофазные двигатели с коротокозамкнутым витком: здесь направление вращения обуславливается установкой короткозамкнутых витков на полюсах (именно они создают смещение по фазе)-здесь направление вращение не возможно изменить.

Есть однофазные двигатели с рабочей и пусковой обмотками (такие часто ставят на компрессоры холодильников) пусковая включается кратковременно на момент пуска (это производит пускозащитное реле): здесь также возможно изменение вращение изменением включения одной из обмоток (нужно чтобы из двигателя выходили все 4 конца обмоток).

Если концов выходит только три (или пусковая обмотка не работает), то при небольшой мощности -около киловатта-такой двигатель можно пустить в любую сторону, включив рабочую обмотку и резко крутнув вал в нужную сторону.

Если мощность больше-пуск можно осуществить верёвкой, намотанной на вал..

Есть другие конструкции асинхронных двигателей и изменение вращения каждой из конструкции надо рассматривать отдельно.

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

В асинхронном двигателе фазные обмотки статора подобно пер­вичной обмотке трансформатора получают энергию из трехфазной сети. Токи обмоток статора возбуждают в машине вращающееся магнитное поле, а последнее индуктирует ЭДС в замкнутой накоротко (или на пусковой реостат) обмотке ротора. Взаимодействие токов ротора, воз­никающих под действием этой ЭДС, с вращающимся магнитным по­лем вынуждает ротор вращаться по направлению вращения поля. Но чем быстрее вращается ротор, тем меньше индуктируемые в нем токи.

Характеристики вращающегося магнитного поля зависят от спо­соба геометрического расположения фазных обмоток статора.

Двухполюсное вращающееся поле. Для получения двухполюсного вращающегося поля необходимо три одинаковые фазные обмотки расположить на статоре так, чтобы углы между их осями были равны 120° (рис. 14.7, в). Если фазные обмотки соединить по схеме звезда (рис. 14.7, а) (или треугольник) и подключить к трехфазному источ­нику электрической энергии, то в витках катушек появятся токи i_A = I_m sin _t, i_B = I_m sin ( t — 120°), i_c = I_m sin ( t — 240°)(рис. 14.7, б). Токи фазных обмоток создают магнитные поля. На рис. 14.7, в показаны направления векторов индукции магнитных по­лей, создаваемых каждой катушкой вдоль своей оси:

B_B = B_msim( t -120 o ); (14.1)

Эти магнитные индукции складываются векторно, образуя маг­нитную индукцию результирующего поля.

Свойства результирующего поля удобно определить через его со­ставляющие по двум взаимно перпендикулярным осям х и у, причем оси х дадим направление оси катушки фазы А.

Определим теперь составляющую результирующего магнитного поля вдоль оси х. Она равна алгебраической сумме проекций на эту ось мгновенных значений трех индукций:

В_х = В _А cos 0° + В_в cos (— 120°) + В_с cos (— 240°) = = В_А + В_в (— 1/2) + В_с (— 1/2).

Подставив выражения индукций из (14.1), получим:

Составляющая результирующего магнитного поля по оси у будет:

В_у = В a sin 0° + В_в sin (— 120°) + В_с sin (— 240°) =

нли после подстановки значений индукций из (14.1):

(14.3)

Результирующая магнитная индукция

B_рез = = 1,5 В_т = l,5 B_m, (14.4)

т. е. результирующее магнитное поле постоянно по значению, а угол , образуемый его магнитными линиями с осью у, определяется из усло­вия

tg а = В_Х/В_У = sin t /cos ti = tg t.

Результирующее магнитное поле вращается в плоскости осей ка­тушек по часовой стрелке с угловой скоростью . Оно последова­тельно совпадает по направлению с осью той из фазных обмоток, ток в которой достигает максимального значения, т. е. оно вращается в направлении последовательности фаз трехфазной системы токов в фаз­ных обмотках.

Чтобы изменить направление вращения магнитного поля, доста­точно изменить порядок подключения двух любых фазных обмоток асинхронной машины к трехфаз­ному источнику электрической энергии, например, как показа­но на рис. 14.7, а штриховой линией.

На рис. 14.8, а приведена общая картина распределения магнитных линий вращающего­ся магнитного поля двухполюс­ной асинхронной машины для некоторого момента времени t₁. Распределение индукции В в зазоре между статором и ротором в зависимости от расстояния, принятой за начало отсчета, для моментов времени t₁ и t₂ > t₁ показано на рис. 14.8, б. Линейная скорость пере­мещения магнитного поля вдоль зазора определяется диаметром ста­тора D и равна v = D /2. При стандартной частоте переменного тока (f= 50 Гц) магнитное поле двухполюсной асинхронной машины делает п = 50 60 = 3000 об/мин. На практике в большинстве слу; чаев требуются двигатели с меньшей частотой вращения. Это дости­гается применением многополюсных обмоток статора.

Многополюсное вращающееся поле. В многополюсной обмотке ста­тора каждой паре полюсов вращающегося поля соответствует одна катушечная группа в каждой фазной обмотке, т. е. всего три кату­шечные группы для трех фазных обмоток. Следовательно, если поле должно иметь р пар полюсов, то все три фазные обмотки статора должны быть разделены на

равных частей, т. е. р частей на каждую фазу.

В качестве примера на рис. 14.9 дана упрощенная схема шести-полюсной (р = 3) обмотки статора. В двухполюсной обмотке угол между сторонами одной катушечной группы равен 180°, а в мно­гополюсной — 180°/р, в частности, в шестиполюсной обмотке (рис. 14.9) этот угол 180°/3 = 60°.

В данном случае все фазные обмотки разделены на Зр = 9 частей, а каждая фазная обмотка — на три части. На упрощенной схеме каждая часть фазной обмотки изображена в виде одновитковой секции и соединения нанесены только для фазы А, при­чем соединения на тыльной торцевой стороне сердечника статора показаны штриховой линией. На рис. 14.9 изображены также кривые мгновенных значений трехфазной системы токов статора. Картины магнитного поля 1— 4 даны для четырех различных моментов t₁ — t₄.

На крайнем левом рисунке показано направление токов в провод­никах рассматриваемой обмотки в момент t₁ когда ток первой фазы имеет амплитудное значение. В соответствии с направлениями токов линии магнитного поля машины в трех местах входят в ротор и в трех выходят из него, образуя, таким образом, три пары полюсов (р = 3).

В некоторый следующий момент t₂ направления токов, а вместе с ними и положение магнитного поля машины соответственно изме­няются и т. д. Магнитное поле машины за время одного периода пере­менного тока поворачивается на одну треть окружности, т. е. на рас­стояние, соответствующее дуге, занимаемой тремя участками фазных обмоток на статоре. Эта часть окружности статора соответствует двум полюсам (2р) вращающегося магнитного поля машины и называется двойным полюсным делением (2 ). Следовательно, полюсное деление т есть часть дуги окружности статора, соответствующая одному полюсу магнитного поля, т. е.

где D — внутренний диаметр сердечника статора.

За один период Т переменного тока вращающееся поле поворачи­вается на двойное полюсное деление (2 ), а полный оборот оно делает за р периодов. Следовательно, в секунду поле делает 1 / pT = f/p обо­ротов, а частота вращения, об/мин, составит:

На рис. 14.10 приведена характеристика распределения индукции В магнитного поля вдоль зазора для шестиполюсной машины для мо­ментов времени t₁ и t₂, если отсчет расстояния zвдоль зазора аналоги­чен рис. 14.8, а.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

№41 Вращающееся магнитное поле.

Одним из важнейших достоинств трехфазной системы является возможность получения с ее помощью кругового вращающегося магнитного поля, которое лежит в основе работы трехфазных машин (генераторов и двигателей).

Для получения кругового вращающегося магнитного поля необходимо и достаточно выполнить два условия. Условие первое: необходимо 3p одинаковых катушки (p =1, 2, 3,….) расположить в пространстве так, чтобы их оси были расположены в одной плоскости и сдвинуты взаимно на равные углы ∆α=360°/3p. Условие второе: необходимо пропустить по катушкам равные по амплитуде и сдвинутые во времени на ∆t=T/3 или ∆ωt = 360°/3=120° переменные токи (симметричный трехфазный ток). При соблюдении указанных условий в пространстве вокруг катушек будет создано круговое вращающееся маг-нитное поле с постоянной амплитудой индукции Вmax вдоль его оси и с постоянной угловой скоростью вращения ωп.

На рис. 41.1 показано пространственное расположение трех (p = 1) одинаковых катушек под равными углами в 120° согласно первому условию.

По катушкам, по направлению от их начал (A, B, C) к концам (X, Y, Z) протекает симметричный трехфазный ток:

Магнитное поле, создаваемое каждой катушкой в отдельности, пропорционально току катушки (B = k*i), следовательно магнитные поля отдельных катушек в центре координат образуют симметричную трехфазную систему В(t):

Положительные направления магнитных полей каждой катушки (векторов BA, BB, BC) в пространстве определяются по правилу правоходового винта согласно принятым положительным направлениям токов катушек (рис. 41.1).

Результирующий вектор индукции магнитного поля B для любого момента времени может быть найден путем пространственного сложения векторов BA, BB, BC отдельных катушек. Определим значение результирующего вектора индукции магнитного поля B для нескольких моментов времени ωt = 0°; 30°; 60°. Пространственное сложение векторов вы¬полним графически (рис. 41.2а, б, в ). Результаты расчета сведены в отдельную таблицу:

Анализ таблицы показывает, что результирующий вектор индукции магнитного поля B(t,x,y) имеет постоянную амплитуду (Вmax=3/2Bm) и равномерно вращается в пространстве в положительную сторону по направлению катушки А к катушке В с угловой скоростью ωп , равной угловой частоте тока ω. В общем случае угловая скорость вращения магнитного поля зависит еще и от числа катушек:

В технике для характеристики вращения магнитного поля пользуются понятием частоты вращения: n=60f/p [об/мин]

С изменением числа p пространственная картина магнитного поля изменяется: при p=1 магнитное поле имеет два полюса (или одну пару полюсов), при p=2 – четыре полюса (или 2 пары полюсов) и т.д. (рис. 41.3). По этой причине число p = 1, 2, 3,… называют числом пар полюсов магнитного поля.

Частоту вращения магнитного поля можно изменять плавно изменением частоты питающего тока f, и ступенчато — изменением числа пар полюсов p. В промышленных условиях оба способа регулирования частоты вращения поля являются технически и экономически малоэффективными. При постоянной частоте промышленного тока f=50 Гц шкала синхронных частот вращения магнитного поля в функции числа пар полюсов выглядит следующим образом:

Для изменения направления вращения магнитного поля достаточно изменить порядок следования фаз питающего тока или, попросту, поменять местами две любые фазы источника между собой.