Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 63
Текст из файла (страница 63)
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. силы неэлектростатического происхождения. Поэтому возникает вопрос, какова физическая природа сторонних сил в этом случает Опыт показывает, что ЭДС индукции не зависит вовсе от рода вещества проводника, который может быть как однородным, так и неоднородным, как проводником 1-го рода, так и проводником 2-го рода (электролит).
Она не зависит также от состояния проводника и, в частности, от его температуры, которая мо- В жет быть и одинаковой, и неодинаковой вдоль проводника. Это показывает, что в данном случае сторонние силы не связаны с изменением свойств проводника в магнитном поле, а обусловлены самим магнитным полем.
Анализируя явление элек- Е тромагнитной индукции, Максвелл заключил, что причи- Рнс 225 Прн изменении магнитнона появления ЭДС индукции го ~оля появляется вихревое злекзаключается в возникновении тр" «еское поле Повязанное на черэлектрического поля (рис. 22б) тежо н""Реаленне Е соответствУет возрастанию В а проводники играют второстепенную роль и являются только своего рода прибором, обнаруживающим это поле. Под действием поля электроны прово- 29В В3Аимные преВРАщения ИОлей теОРия мАксВеллА гл хп! димости в проволоке приходят в движение и, если проволока замкнута, в ней возникает индукционный ток.
Существенная особенность рассматриваемого явления заключается в том, что возникающее электрическое поле не является электростатическим. Линии напряженности электростатического поля всегда разомкнуты; они начинаются и заканчиваются на электрических зарядах, в соответствии с чем напряжение по замкнутому контуру в электростатическом поле всегда равно нулю. По этой причине электростатическое поле не может поддерживать замкнутое движение зарядов и, следовательно, не может привести к возникновению электродвижущей силы.
Напротив, электрическое поле, возникающее при электромагнитной индукции, имеет непрерывные линии напряженности, т.е. представляет собой вихревое поле Такое поле вызывает в проволоке движение электронов по замкнутым траекториям и приводит к возникновению электродвижущей силы — сторонними силами являются силы вихревого электрического поля. Электрическое напряжение по замкнутому контуру в таком поле не равно нулю; его значение между двумя какими-либо точками уже не определяется только положением этих точек, как было в случае электростатического поля, но зависит еще от форма! контура (проводника), соединяющего данные точки (ср. 9 133).
Таким образом, углубленное истолкование явления электромагнитной индукции приводит к следующему выводу, выражающему первое основное положение тео- рии Максвелла. всякое изменение магнитного поля вмзываегп появление вихревого электрического поля. Полученный результат можно выразить в количественной форме Согласно основному закону электро магнитной индукции (3 91) ЭДС индукции равна быстроте изменения ряс 226 к фериулнреяяе магнитного потока уравнения Максвелла Ж = -аФ/сЫ, (131.1) где Ф -- поток магнитной индукции В через площадь В, ограниченную рассматриваемым контуром 1 (рис. 226). (131. 2) С другой стороны, согласно 9 69, электродвижущая сила, действующая в каком-либо контуре 1, равна (131.3) 299 вихгввыв тОки 1 1зз где Е' — напряженность поля сторонних сил.
В данном случае Е' есть напряженность вихревого электрического поля Е. Поэтому, подставляя (131.3) с Е" = Е в (131.1),находим (131.4) Это соотношение выражает количественную связь между изменяющимся магнитным полем (В) и вихревым электрическим полем (Е) и является одним из основных уравнений в теории Максвелла. Напомним, что в формуле (131.1) мы приписываем магнитному потоку определенный знак, зависящий от выбора положительного направления нормали и к площадке Я, Это направление нормали определяет и знак ЭДС, который связан с направлением и правилом правого буравчика (9 91). Поэтому и в уравнении Максвелла (131.4) направление нормали и и направление обхода по контуру 1 связаны также правилом правого буравчика. Поясним сказанное на примере.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
