Вращающееся магнитное поле
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( Октябрь 2010 г. ) |
Вращающееся магнитное поле (ВМП) — это результирующее магнитное поле, создаваемое системой симметрично расположенных катушек , питаемых многофазными токами . [1] Вращающееся магнитное поле может создаваться многофазным (две или более фаз) током или однофазным током при условии, что в последнем случае запитываются две обмотки возбуждения, которые сконструированы таким образом, что два результирующих магнитных поля, создаваемые ими находятся не в фазе. [2]
Вращающиеся магнитные поля часто используются в электромеханических устройствах, таких как асинхронные двигатели , электрические генераторы и индукционные регуляторы .
История
[ редактировать ]В 1824 году французский физик Франсуа Араго с помощью вращающегося медного диска и иглы сформулировал существование вращающихся магнитных полей, получивших 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 объяснил этот эффект электромагнитной индукцией . [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]
Идею вращающегося магнитного поля в двигателе переменного тока исследовали итальянский физик и инженер-электрик Галилео Феррарис и сербско-американский изобретатель и инженер-электрик Никола Тесла . [9] Феррарис, который исследовал теорию и конструкцию машин переменного тока, построил рабочую модель для демонстрации в классе в 1885 году, но не описывал ее публично до 1888 года. [10] Тесла предпринял несколько (безуспешных) проектов и рабочих моделей в начале 1880-х годов, прежде чем построить рабочий прототип в 1887 году. [11] [12] [13] В соответствии с принципом вращающегося магнитного поля Феррари Фридрих Август Хазельвандер разработал первый трехфазный генератор переменного тока в 1887 году. [14] В 1888 году Феррарис опубликовал свое исследование в статье для Королевской академии наук в Турине , и Тесла получил патент США ( патент США 0,381,968 ) на свою конструкцию. На основе генератора Хазельвандера Михаил Доливо-Добровольский разработал трехфазный генератор и двигатель для первой в мире трехфазной электростанции, построенной в 1891 году во Франкфурте, Германия. [15]
Описание
[ редактировать ]Вращающееся магнитное поле является ключевым принципом работы асинхронных машин . Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора . В статоре группа неподвижных обмоток расположена так, что, например, двухфазный ток создает магнитное поле, которое вращается с угловой скоростью, определяемой частотой переменного тока . Ротор или якорь состоит из катушек, намотанных в пазах, которые закорочены и в которых изменяющийся поток, создаваемый полюсами поля, индуцирует ток. Поток, создаваемый током якоря, воздействует на полюса поля, и якорь приводится во вращение в определенном направлении. [2]
Симметричное с полярной обмоткой , вращающееся магнитное поле можно создать всего лишь с помощью двух катушек 90 градусов вращаемых с фазировкой . Однако почти всегда используются три набора катушек, поскольку они совместимы с симметричной трехфазной системой переменного синусоидального тока . Три катушки приводятся в движение, каждая из которых расположена на 120 градусов по фазе относительно других. В этом примере магнитное поле считается линейной функцией тока катушки.
Результатом сложения трех фазированных синусоидальных волн под углом 120 градусов на оси двигателя является один вращающийся вектор, который всегда остается постоянным по величине. [17] 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 .
в Постоянный магнит таком поле будет вращаться, сохраняя свое выравнивание с внешним полем. Этот эффект использовался в первых электродвигателях переменного тока. Вращающееся магнитное поле можно создать с помощью двух ортогональных катушек с разницей фаз их переменных токов в 90 градусов. Однако на практике такая система будет питаться по трехпроводной схеме с неравными токами. Это неравенство может вызвать серьезные проблемы при стандартизации размеров проводников. Чтобы преодолеть это, используются трехфазные системы, в которых три тока равны по величине и имеют разность фаз 120 градусов. В этом случае три одинаковые катушки, имеющие взаимные геометрические углы 120 градусов, будут создавать вращающееся магнитное поле. 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 деградируют, в асинхронных двигателях используются короткозамкнутые роторы (вместо магнита), которые следуют за вращающимся магнитным полем многообмоточного 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 вырабатываться за счет относительного движения поля и ротора.
См. также
[ редактировать ]- Теория динамо
- Массив Хальбаха — магнитное поле, вращающееся в пространстве.
- Линейный двигатель
- Магнитная мешалка
- Электромагнитный усилитель вихрей с ферромагнитными частицами
- Двигатель с экранированными полюсами
- короткозамкнутый ротор
- Синхронный двигатель
- Яйцо Колумба Теслы
- Хронология развития двигателей и двигателей
- Война течений
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Грэм, Фрэнк Дункан (1921). Руководство для инженеров и механиков Audels . Нью-Йорк: ТЕО. AUDEL & CO. с. 594.
- ^ Jump up to: а б Бучер, Элмер Э. (январь 1919 г.). «Практическая инструкция по беспроводной связи» . Век беспроводной связи . 6 (4): 18–19.
- ^ Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. стр. 52–54. ISBN 978-1400846559 .
- ^ Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. п. 55. ИСБН 978-1400846559 .
- ^ Бэббидж, К.; Гершель, JFW (январь 1825 г.). «Отчет о повторении экспериментов М. Араго по магнетизму, проявляемому различными веществами во время акта вращения» . Философские труды Королевского общества . 115 : 467–496. Бибкод : 1825RSPT..115..467B . дои : 10.1098/rstl.1825.0023 . Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ Томпсон, Сильванус Филлипс (1895). Многофазные электрические токи и двигатели переменного тока (1-е изд.). Лондон: E. & FN Spon. п. 261 . Проверено 2 декабря 2012 г.
- ^ Бейли, Уолтер (28 июня 1879 г.). «Способ создания вращения Араго» . Философский журнал . 3 (1). Тейлор и Фрэнсис: 115–120. Бибкод : 1879PPSL....3..115B . дои : 10.1088/1478-7814/3/1/318 .
- ^ Вучкович, Владан (ноябрь 2006 г.). «Интерпретация открытия» (PDF) . Сербский журнал инженеров-электриков . 3 (2) . Проверено 10 февраля 2013 г.
- ^ Хьюз, Томас Парк (1983). Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880-1930 гг . Балтимор: Издательство Университета Джонса Хопкинса. п. 117. ИСБН 9780801828737 .
- ^ «Феррари» . Американская энциклопедия: от Фальстафа до Франке . Том. 11 (Международное изд.). Дэнбери, Коннектикут: Учебная библиотека. 2004. с. 124.
- ^ Карлсон, В. Бернард (2013). Тесла: изобретатель эпохи электричества . Издательство Принстонского университета. стр. 63–68. ISBN 978-1400846559 .
- ^ Развенчание мифа о Тесле
- ^ О'Нил, Джон. Блудный гений: Жизнь Николы Теслы . стр. 55–58.
- ^ Хушьяр, Х.; Савагеби, М.; Вахеди, А. (2007). «Синхронный генератор: прошлое, настоящее и будущее» . Африкан 2007 . стр. 1–7. дои : 10.1109/AFRCON.2007.4401482 . ISBN 978-1-4244-0986-0 . S2CID 28833835 .
- ^ История и график мощности переменного тока
- ^ США, Бюро военно-морского персонала (1945 г.). Передовые работы в области авиационного электричества . Вашингтон: Правительство США. Распечатать. Выключенный. стр. 149–150.
- ^ Создание вращающегося магнитного поля , | electriceasy.com
В эту статью включен текст из этого источника, который находится в свободном доступе : Век беспроводной связи . Нью-Йорк, Паб Маркони. Корпорация. 1918 год.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- C Макечни Джарвис (1970). «Никола Тесла и асинхронный двигатель». Физобразование . 5 (5): 280–7. Бибкод : 1970PhyEd...5..280M . дои : 10.1088/0031-9120/5/5/306 . S2CID 250845406 .
- Оуэн, Эл. (октябрь 1988 г.). «Историческое прошлое асинхронного двигателя». Возможности IEEE . 7 (3): 27–30. дои : 10.1109/45.9969 . S2CID 19271710 .
- Бекхард, Артур Дж., «Электрический гений Никола Тесла». Нью-Йорк, Месснер, 1959. LCCN 59007009 /L/AC/r85 (изд. 192 стр.; 22 см.; биография с примечаниями об изобретениях двигателей с вращающимся магнитным полем переменного тока.)
- Клайн, Р. (1987). «Наука и инженерная теория в изобретении и разработке асинхронного двигателя, 1880–1900». Технологии и культура . 28 (2): 283–313. дои : 10.2307/3105568 . JSTOR 3105568 .
- Цеберс, А. (13 декабря 2002 г.). «Динамика вытянутой магнитной капли во вращающемся поле». Физ. Преподобный Е. 66 (6): 061402. Бибкод : 2002PhRvE..66f1402C . дои : 10.1103/PhysRevE.66.061402 . ПМИД 12513280 .
- Цеберс, А. и И. Джавайтис (2004). «Динамика гибкой магнитной цепи во вращающемся магнитном поле». Физ. Преподобный Е. 69 (2): 021404. Бибкод : 2004PhRvE..69b1404C . дои : 10.1103/PhysRevE.69.021404 . ПМИД 14995441 .
- Цеберс, А. и М. Озолс (2006). «Динамика активной магнитной частицы во вращающемся магнитном поле». Физ. Преподобный Е. 73 (2): 021505. Бибкод : 2006PhRvE..73b1505C . дои : 10.1103/PhysRevE.73.021505 . ПМИД 16605340 .
- Тао Сун; и др. (июнь 2004 г.). «Система воздействия вращающихся постоянных магнитных полей для исследований in vitro». Транзакции IEEE по прикладной сверхпроводимости . 14 (2): 1643–6. Бибкод : 2004ITAS...14.1643S . дои : 10.1109/TASC.2004.831024 .
- Лабзовский Л.Н., Митрущенков А.О., Френкель А.И. Ток, не сохраняющий четность, в проводниках электричества . 6 июля 1987 г. (ред., Показано, что непрерывный ток возникает под действием вращающегося магнитного поля.)
- Серия учебных курсов по военно-морской электротехнике, модуль 05. Введение в генераторы и двигатели, глава 4. Двигатели переменного тока, вращающиеся магнитные поля (доступна другая копия книги NEETS, бесплатная версия ).
- Вращающееся магнитное поле , eng.ox.ac.uk
- Автобиография Теслы, III. Мои последующие усилия; Открытие вращающегося магнитного поля
- Никола Тесла и электромагнитный двигатель , Архив изобретателя недели.
- Галилео Феррарис: вращающееся магнитное поле
- Однофазные асинхронные двигатели
- Х.И. Го, А.Л. Хоффман, Д. Лотц, С.Дж. Тобин, В.А. Риасс, Л.С. Шранк и Г.А. Вурден, Система генераторов вращающегося магнитного поля для возбуждения тока в эксперименте по перемещению, удержанию и поддержанию , 22 марта 2001 г.
- Путко В. Ф., Соболев В. С. Влияние вращающегося магнитного поля на характеристики плазменного генератора постоянного тока .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Вращающееся магнитное поле : интерактивная лекция
- Анимация вращающегося поля (видео на YouTube)
- « Вращающиеся магнитные поля ». Интегрированное издательство.
- « Асинхронный двигатель – вращающиеся поля ».
Патенты
[ редактировать ]- Патент США 0,381,968 , Тесла, «Электромагнитный двигатель».
- Патент США 3935503 , Ресс, «Ускоритель частиц».
