С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Поясним это соотношение при помощи векторной диаграммы (рис. 219). Линейное напряжение й есть разность ЭДС Рс! и 62 в двух соседних обмотках и изображается, следовательно, суммой векторов е"! и — Ф2. Из р~сунка ~~дно, что 6 является основанием равнобедренного треугольника с углом при основании в 30', а следовательно, 6 = 2 йо сов 30' = 28 0 Л/2 = Же Л, что мы и получили раньше, складывая колебания аналитически.
-4г Наконец, рассматривая четырехпроводную линию трехфазного тока, мы видели, что ток в нулеРис. 219. Векторная диаграмма о и и ей о ап я е- Вом ПРОВОДВ есть сУмма тРех токОВ ний соединение звездой сдвинутых по фазе на 120'. При симметричной нагрузке амплитуды этих токов одинаковы и векторная диаграмма токов имеет вид равностороннего замкнутого треугольника (рис. 220) Длина замыкающей этих трех векторов равна нулю, и поэтому результирующая сила тока в любой момент времени также равна нулю. Если нагрузка несимметрична, то длины векторов, изображающих токи !1, !2 и !з, неодинаковы, и мы получим векторную диаграмму рис. 221.
В этом случае в нулевом проводе будет существовать переменный ток, амплитуда н фаза которого изображаются вектором !. Рис. 220. Векторная диаграм- Рис. 221. Векторная диаграмма тома токов в нулевом проводе. ков в нулевом проводе. НесимметричСимметричная нагрузка ная нагрузка Приведенные примеры показывают, что векторные диаграммы позволяют весьма наглядно изображать колебания токов и напряжений и легко производить их суммирование. Поэтому ме- ВРАЩА1ОЩЕЕОЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 1 130 тод векторных диаграмм получил широкое распространение в электротехнике. й 130.
Вращающееся магнитное поле Представим себе вращающийся постоянный магнит. Вместе с магнитом будет перемещаться и создаваемое им магнитное поле, и мы получим вращаюп!еесл магнитное иоле. р Если в такое поле поместить магнитную стрелку, то она будет стремиться установиться вдоль линий поля и поэтому придет во вращение в ту же сторону, в которую вращается поле. Подобно магнитной стрелке будет ве- .
02 сти себя замкнутый виток проволоки. Вследствие движения поля относительно 1е т,!у витка в проволоке возникнет индукционный ток, который будет направлен так, А! как показано на рис. 222. На этот ток со стороны магнитного поля будут действо- Рис 222. Девствиевравагь силы, стремящиеся вращать виток щающегося магнитного вместе с полем, и виток придет во вра- поня на звминутмя ви тон проволоки щение. Таким же образом будут вести себя массивные металлические диск или цилиндр, твк как в них также будут наводиться индукционные токи, которые У будут замыкаться в толще металла диска или цилиндра (так называемые вихревые токи; — — — н см. 2 132), однако, так же как а ! н токи в проволоках, они будут ! взаимодействовать с магнитным полем. Возникающие при этом 0 '" силы, согласно закону Ленца, будут направлены так, чтобы ! уменьшить скорость вращения диска относительно поля, отчего диск (или цилиндр) придет во 1 вращение в том же нэлравлении, как и поле.
Рис. 223. Возникновение вращаю- В щегося магнитного поля двухфвзРал1а Гц ащающееся магнитное поле можно получить и с помощью переменных токов. Рассмотрим сначала получение вращающегося поля при помощи двухфазного тока. Пусть имеются две катушки 1 и л (рис. 223), повернутые 294 техническОе ис11ользОВАние мАГнитнОГО пОтОкА Гл хп друг относительно друга на угол 90', питаемые двухфазным током Это значит, что если ток в катушке 1 меняется по закону г1 —— го вгпозг, то ток в катушке й будет. 12 = го гни (а?г — 90').
Катушка 1 создает переменное магнитное поле Н, изменяющееся по закону Н = Нее? г. Катушка в создает магнитное поле Ню направленное перпендикулярно к полю Н и отстающее от него по фазе на 90'. Ну Но егп (о?$ — 90') = — Не сов ыг. Напряженность результирующего поля Н Н2+ Нг Но (130.1) остается постоянной во времени. Направление же этого поля изменяется Будем характеризовать это направление углом гг (рис 223), составленным вектором Н и осью У Тогда 1йгх = Нх/Ня — — — гк(Л, гг = — о?г.
(130.2) Мы видим, что вектор Н результирующего поля равномерно поворачивается против часовой стрелки с угловой скоростью ш, те. Мы имеем вращающееся У магнитное поле, подобное полю врагцающегося постоянного магнита В рассмотренном примере мы получили поле, вращающееся против часовой стрелки Легко видеть, что если бы мы пересоединили концы одг Нг ной из катушек 1 или й, то мы изменили бы знак одного из 2 ! 3 полей Н или Нк н при этом получили бы гг = +о?г, те 3 хг?х вращение по часовой стрелке Для получения вращаюРис 224 Воз ЩегосЯ магнитного полн с готя магнитного поля трехфазного помощью трехфазного тока нужны три катушки (или их число, кратное трем) соответственно трем переменным токам в системе трехфвзных токов. Катушки 1, й и Ю должны быть повернуты друг относительно друга на углы 120', как показано на рис 224.
В этом случае мы имеем три переменных магнитных поля Н„Н2 и Нз, которые составляют друг с другом, гак же как и катушки, углы в 120' 295 1 1зо ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Колебания этих полей выражаются формулами Н1 = Новзпаз4, Н2 = Навщ(ы$ — 120'), (130.3) НЗ = Но вш (аз1 — 240'). Нетрудно показать, что эти три поля, складываясь, дают результирующее поле, вращающееся с угловой скоростью аз Напряженность результирующего поля остается постоянной и равной (3/2)Но Если поменять местами концы любой пары проводов, присоединенных к катушкам поля (или к зажимам генератора), то направление вращения поля изменяется на обратное Введем две взаимно перпендикулярные координатные оси Х и У и направим ось Х параллельно полю Н~ Тогда составляющие палей по оси Х будут Ны = Нз = На вш ыд Нз, = Нз соя 120' = — (1/2)На яш (озг — 120'), Нз = Нз соя 240' = -(1/2)Но шп (ыв — 240') Сложим сначала два последних поля Нвз + Нз, = -(1/2)Но(я!и (ыя — 120') + шп (оА — 240')] = = — (1/2)Но 2 вш (ыя — 180') сов 60 = (1/2)На яш озв Поэтому полная составляющая результирующего поля по оси Х равна Н = Вы+ Но.
+ Нз* = (3/2)Ноюпыз Найдем теперь составляющую поля по оси У Н„=о, Нзз = Нз сав 30' = ( lЗ/2) Но юп (ыв — 120'), Нзз — — Нз соя 150' = — (х/3/2)На шп (озз — 240') Поэтому Н„= Нз„+ Нзз = (з/3/2)На 2яш 60' сов (ыз — 180') = — (3/2)Но соя ыз Поступая, как и раньше, находим модуль результирующего поля Н = з/Нз + Нз = (3/2)Но, угол и, образованный вектором Н и осью 1', определяется из соотношения 18 о = Н,/Н„= — 18оЛ, о = — озв Таким образом, и здесь мы получаем магнитное поле, вращающееся с угловой скоростью га Вращающееся магнитное поле используют в асинхронных двигателях переменного тока.
В двигателях трехфазного тока три обмотки, создающие вращающоеся магнитное поле, размещены в пазах статора. Они соединяются либо по схеме треугольника, либо по схеме звезды н включаются в сеть трехфазного тока 296 взлимныв првврл1пвнияполвй ткория млксввллл гл хш Ротор двигателя представляет собой железный сердечник, в пазах которого помещается обмотка. В двигателях небольшой мощности эта обмотка замыкается сама на себя накоротко. Обмотка ротора часто выполняется в виде толстых стержней, замкнутых на концах медными кольцами, так что вся обмотка имеет вид «беличьего колеса» Вследствие возникновения вращающегося поля в обмотке ротора возникает индукционный ток, взаимодействие которого с магнитным полем статора приводит к силам, поворачивающим ротор. Сила тока ротора зависит от относительной скорости вращения поля и ротора Эту скорость принято характеризовать коэффициентом скольжения ротора К = (и„— ме)/иь, где и„— число оборотов поля, а ир — число оборотов ротора в секунду Если ротор вращается са скоростью поля (относительная скорость равна нулю), то К = 0 Если ротор неподвижен (момент пуска), то К = 1 Чем больше нагрузка двигателя, тем сильнее должен быть ток в роторе, тем больше будет коэффициент скольжения и тем меньше будет число оборотов ротора Поэтому число оборотов дви~втеля не остается постоянным, а несколько изменяется с изменением нагрузки, отчего этот двигатель, в отличие от синхронного двигателя, рассмотренного в З 126, получил название асинхронного двигателя В момент пуска К = 1 и относительная скорость вращения наибольшая.
В это время сила тока в роторе наибольшая и в роторах мощных двигателей, сопротивление обмотки которых ничтожно мало, может достигать опасных значений Чтобы уменьшить эту начальную силу тока, роторы больших двигателей не делают короткозамкнутымн, а снабжают контактными кольцами С помощью колец и щеток обмотку ротора замыкают на пусковой реостат, который постепенно выводят по мере увеличения числа оборотов двигателя. Асинхронный двигатель трехфазного тока отличается большой простотой устройства. Он обладает также хорошими механическими характеристиками. Поэтому этот двигатель получил весьма широкое распространение ГЛАВА ХП1 ВЗАИМНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ.
ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛА Между электрическими и магнитными полями существует глубокая внутренняя связь, проявляющаяся в том, что эти поля могут превращаться друг в друга. Всякое изменение магнитного поля всегда сопровождается появлением электрического поля и, наоборот, всякое изменение электрического поля приво- 1 «з« ВихРеВОе электрическОе ПОЛЕ 297 дит к появлению магнитного поля.
Это взаимное превращение электрического и магнитного полей было открыто в начале второй половины прошлого века Максвеллом, который развил общую теорию электромагнитного поля в покоящихся средах. Теория Максвелла позволяет с единой точки зрения охватить всю совокупность рассмотренных выше фактов, касающихся свойств электрических и магнитных полей, а также новые важные явления В настоящей главе мы рассмотрим основные идеи этой теории. й 131.
Вихревое электрическое поле Вернемся к явлению электромагнитной индукции и рассмотрим неподвижный замкнутый проводник в магнитном поле. В гл. 1Х мы видели, что при всяком изменении магнитного поля в таком проводнике возникает электроднижущзя сила и вследствие этого появляется индукционный ток. С другой стороны, из сказанного в гл. Ъ'П мы знаем, что электродвижущая сила в любой цепи возникает только в том случае, если в ней па заряды действуют какие-либо сторонние силы, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
