Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Колеблющиеся магнитные поля. Синусоидальный ток в каждой из трех неподвижных катушек создает три переменных синусоидальных магнитных поля, перпендикулярных оси вращения. Три магнитных поля складываются как векторы, образуя единое вращающееся магнитное поле.
Патент США 381968 : Способ и схема работы электродвигателей с прогрессивным переключением передач; Полевой магнит; Арматура; Электрическое преобразование; Экономичный; Передача энергии; Простая конструкция; Более легкая конструкция; Принципы вращающегося магнитного поля.

Вращающееся магнитное поле является результирующей магнитное поле , создаваемое системой катушек , симметрично размещенных и поставляемых с многофазных токов . [1] Вращающееся магнитное поле может создаваться многофазным (две или более фаз) током или однофазным током при условии, что в последнем случае подаются две обмотки возбуждения и сконструированы таким образом, что две результирующие магнитные генерируемые при этом поля не совпадают по фазе. [2]

Вращающиеся магнитные поля часто используются в электромеханических приложениях, таких как асинхронные двигатели , электрические генераторы и регуляторы индукции .

История [ править ]

В 1824 году французский физик Франсуа Араго сформулировал существование вращающихся магнитных полей с помощью вращающегося медного диска и иглы, получив название « вращения Араго» . Английские экспериментаторы Чарльз Бэббидж и Джон Гершель обнаружили, что они могут вызвать вращение медного диска Араго, вращая под ним подковообразный магнит , а английский ученый Майкл Фарадей позже приписал этот эффект электромагнитной индукции . [3] В 1879 году английский физик Уолтер Бейли заменил подковообразные магниты четырьмя электромагнитами и, вручную включая и выключая переключатели, продемонстрировал примитивный асинхронный двигатель.[4] [5] [6] [7] [8]

Практическое применение вращающегося магнитного поля в двигателе переменного тока обычно приписывают двум изобретателям, итальянскому физику и инженеру-электрику Галилео Феррарису и сербско-американскому изобретателю и инженеру-электрику Николе Тесла . [9] Тесла утверждал в своей автобиографии, что идея пришла ему в голову в 1882 году, когда он гулял в парке и рисовал ее на песке, чтобы показать другу, как это работает. [10] Феррарис написал об исследовании концепции и построил рабочую модель в 1885 году. [11] В 1888 году Феррарис опубликовал свое исследование в документе для Королевской академии наук в Турине.и Тесла получил патент США (патент США 0,381,968 ) на свой дизайн.

Описание [ править ]

Вращающееся магнитное поле - ключевой принцип работы асинхронных машин . Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора . В статоре группа неподвижных обмоток расположена таким образом , что две фазы ток, например, создает магнитное поле , которое вращается с угловой скоростью , определяемой частотой от переменного тока . Ротор или якорь состоит из катушек, намотанных в пазах, которые закорочены и в которых изменяется магнитный поток.генерируемые полюсами поля индуцируют ток. Поток, создаваемый током якоря, воздействует на полюса поля, и якорь приводится во вращение в определенном направлении. [2]

Вращающиеся поля. При изменении направления тока через обмотки меняется и полярность обмоток. Поскольку две обмотки взаимодействуют друг с другом, полярность основного поля будет зависеть от полярности каждой обмотки. Стрелка или вектор под каждой диаграммой указывает направление магнитного поля в каждом случае. [12]

Симметричное вращающееся магнитное поле может быть получено с всего лишь две полярные раневые катушки приводится в движение 90-градусной фазировки . Однако почти всегда используются три набора катушек, поскольку они совместимы с симметричной трехфазной системой синусоидального тока переменного тока . Каждая из трех катушек приводится в действие по фазе на 120 градусов относительно друг друга. В данном примере магнитное поле линейно зависит от тока катушки.

Результатом добавления трех 120-градусных фазированных синусоидальных волн на оси двигателя является один вращающийся вектор, который всегда остается постоянным по величине. [13] Ротор имеет постоянное магнитное поле. Северный полюс ротора будет двигаться к южному полюсу магнитного поля статора и наоборот. Это магнитомеханическое притяжение создает силу, которая заставляет ротор синхронно следовать за вращающимся магнитным полем .

Вращающееся трехфазное магнитное поле, обозначенное вращающейся черной стрелкой

Постоянный магнитв таком поле будет вращаться, чтобы поддерживать свое выравнивание с внешним полем. Этот эффект использовался в первых электродвигателях переменного тока. Вращающееся магнитное поле может быть создано с использованием двух ортогональных катушек с разностью фаз переменного тока на 90 градусов. Однако на практике такая система будет питаться по трехпроводной схеме с неравными токами. Это неравенство вызовет серьезные проблемы при стандартизации сечения проводника. Чтобы преодолеть это, используются трехфазные системы, в которых три тока равны по величине и имеют разность фаз 120 градусов. В этом случае вращающееся магнитное поле будут создавать три одинаковые катушки, имеющие взаимные геометрические углы 120 градусов.Способность трехфазной системы создавать вращающееся поле, используемое в электродвигателях, является одной из основных причин, почему трехфазные системы доминируют в мировых системах электроснабжения.

Вращающиеся магнитные поля также используются в асинхронных двигателях. Поскольку магниты со временем ухудшаются, в асинхронных двигателях используются короткозамкнутые роторы (вместо магнита), которые следуют за вращающимся магнитным полем многослойного статора. В этих двигателях короткозамкнутые витки ротора создают вихревые токи во вращающемся поле статора, которые, в свою очередь, перемещают ротор под действием силы Лоренца . Эти типы двигателей обычно не являются синхронными, но вместо этого обязательно имеют некоторую степень «скольжения», чтобы ток мог создаваться из-за относительного движения поля и ротора.

См. Также [ править ]

  • Теория динамо
  • Массив Хальбаха , магнитное поле, вращающееся в пространстве
  • Линейный двигатель
  • Магнитная мешалка
  • Электродвигатель с расщепленными полюсами
  • Ротор с короткозамкнутым ротором
  • Синхронный двигатель
  • Яйцо Колумба Теслы
  • Хронология развития двигателей и двигателестроения
  • Война течений

Ссылки [ править ]

  1. ^ Грэм, Фрэнк Дункан (1921). Руководство Audels для инженеров и механиков . Нью-Йорк: ТЕО. AUDEL & CO. Стр. 594.
  2. ^ a b Эпоха беспроводной связи . 6 . Нью-Йорк: Macroni Pub. Corp'n. Октябрь 1918. С. 18–19.
  3. Перейти ↑ Carlson, W. Bernard (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. С. 52–54. ISBN 978-1400846559.
  4. Перейти ↑ Carlson, W. Bernard (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. п. 55. ISBN 978-1400846559.
  5. ^ Бэббидж, C .; Гершель, JFW (январь 1825 г.). «Отчет о повторении экспериментов М. Араго с магнетизмом, проявляемым различными веществами во время акта вращения» . Философские труды Королевского общества . 115 : 467–496. Bibcode : 1825RSPT..115..467B . DOI : 10,1098 / rstl.1825.0023 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  6. ^ Томпсон, Сильванус Филлипс (1895). Многофазные электрические токи и двигатели переменного тока (1-е изд.). Лондон: E. & FN Spon. п. 261 . Проверено 2 декабря 2012 года .
  7. ^ Бэйли, Вальтер (28 июня 1879). «Режим производства вращения Араго» . Философский журнал . Тейлор и Фрэнсис. 3 (1): 115–120. Bibcode : 1879PPSL .... 3..115B . DOI : 10.1088 / 1478-7814 / 3/1/318 .
  8. ^ Vučković, Vladan (ноябрь 2006). «Толкование открытия» (PDF) . Сербский журнал инженеров-электриков . 3 (2) . Проверено 10 февраля 2013 года .
  9. ^ Хьюз, Томас Парк (1983). Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880-1930 гг . Балтимор: Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 117.
  10. ^ О'Нил, Джон. Блудный гений: жизнь Николы Теслы . С. 55–58.
  11. ↑ Энциклопедия Американа: Мейер в Наву . 12 . Данбери, Коннектикут: Scholastic Library Pub. 2006. с. 558.
  12. ^ Соединенные Штаты, Бюро военно-морского персонала (1945). Перспективные работы в области авиационного электричества . Вашингтон: Правительство США. Распечатать. Выключенный. С. 149–150.
  13. ^ Производство вращающегося магнитного поля , | electricaleasy.com

Эта статья включает текст из публикации, которая сейчас находится в свободном доступе : The Wireless Age . Нью-Йорк, Marconi Pub. Корпорация. 1918 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • C Макечни Джарвис (1970). «Никола Тесла и асинхронный двигатель». Phys Educ . 5 (5): 280–7. Bibcode : 1970PhyEd ... 5..280M . DOI : 10.1088 / 0031-9120 / 5/5/306 .
  • Оуэн, Э.Л. (октябрь 1988 г.). «Историческое прошлое асинхронного двигателя». Возможности IEEE . 7 (3): 27–30. DOI : 10.1109 / 45.9969 . S2CID  19271710 .
  • Бекхард, Артур Дж., «Электрический гений Никола Тесла». New York, Messner, 1959. LCCN 59007009 / L / AC / r85 (изд. 192 стр .; 22 см; биография с примечаниями об изобретениях двигателей с вращающимся магнитным полем для переменного тока).
  • Клайн, Р. (1987). «Наука и инженерная теория в изобретении и разработке асинхронного двигателя, 1880–1900». Технологии и культура . 28 (2): 283–313. DOI : 10.2307 / 3105568 . JSTOR  3105568 .
  • Цеберс, А. (13 декабря 2002 г.). «Динамика удлиненной магнитной капли во вращающемся поле». Phys. Rev. E . 66 (6): 061402. Bibcode : 2002PhRvE..66f1402C . DOI : 10.1103 / PhysRevE.66.061402 . PMID  12513280 .
  • Cēbers, A. & I. Javaitis (2004). «Динамика гибкой магнитной цепи во вращающемся магнитном поле». Phys. Rev. E . 69 (2): 021404. Bibcode : 2004PhRvE..69b1404C . DOI : 10.1103 / PhysRevE.69.021404 . PMID  14995441 .
  • Цеберс, А. и М. Озолс (2006). «Динамика активной магнитной частицы во вращающемся магнитном поле». Phys. Rev. E . 73 (2): 021505. Bibcode : 2006PhRvE..73b1505C . DOI : 10.1103 / PhysRevE.73.021505 . PMID  16605340 .
  • Тао Сун; и другие. (Июнь 2004 г.). «Система экспонирования с вращающимся постоянным магнитным полем для исследования in vitro». Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости . 14 (2): 1643–6. Bibcode : 2004ITAS ... 14.1643S . DOI : 10,1109 / TASC.2004.831024 .
  • Лабзовский Л.Н., Митрущенков А.О., Френкель А.И. " Ток без сохранения четности в проводниках электроэнергии ". 6 июля 1987 г. (ред., Показывает, что непрерывный ток возникает под действием вращающегося магнитного поля).
  • Серия учебных курсов по морской электротехнике, Модуль 05 - Введение в генераторы и двигатели, Глава 4 Двигатели переменного тока, Вращающиеся магнитные поля (доступен другой экземпляр книги NEETS, версия без надстройки )
  • Вращающееся магнитное поле , eng.ox.ac.uk
  • Автобиография Теслы, III. Мои более поздние начинания; Открытие вращающегося магнитного поля
  • Никола Тесла и электромагнитный двигатель , Архив изобретателя недели.
  • Галилео Феррарис: вращающееся магнитное поле
  • Однофазные асинхронные двигатели
  • Х.Й. Гуо, А.Л. Хоффман, Д. Лотц, С.Дж. Тобин, В.А. Расс, Л.С. Шранк и Г.А. Вурден, Система осциллятора вращающегося магнитного поля для привода тока в эксперименте по переносу, ограничению и поддержанию , 22 марта 2001 г.
  • Путко В. Ф., Соболев В. С. Влияние вращающегося магнитного поля на характеристики генератора плазмы постоянного тока .

Внешние ссылки [ править ]

  • Вращающееся магнитное поле : интерактивная лекция
  • Анимация вращающегося поля (видео на YouTube)
  • « Вращающиеся магнитные поля ». Комплексное издательское дело.
  • « Асинхронный двигатель - вращающиеся поля ».

Патенты [ править ]

  • Патент США 0,381,968 , Тесла, «Электромагнитный двигатель».
  • Патент США 3935503 , Ресс, «Ускоритель частиц».