Трехфазные цепи. Многофазные цепи. Симметричные и несимметричные режимы трёхфазных цепей. Метод симметричных составляющих, страница 2

Перейдём к магнитному полю и рассмотрим систему из трёх катушек, изображённую на рис. 6.6. Оси катушек образуют углы  . Катушки питаются трёхфазным напряжением. Магнитное поле каждой катушки пропорционально току в ней и направлено по её оси. Введём три единичных вектора , направленных по оси катушек от центра системы катушек. . Векторы магнитной индукции каждой катушки будут направлены по этим ортам, при условии, что токи в них текут от начала к концу катушек. Пусть токи в катушках будут такими:  . Тогда векторы магнитной индукции каждой катушки можно записать так:

. Теперь найдём проекции  суммарного вектора магнитной индукции  на оси   и .   ;

.              (6.2)

Из этих выражений следует, что суммарный вектор магнитной индукции вращается по часовой стрелке с угловой скоростью , сохраняя свою длину. Вращающееся магнитное поле позволяет реализовать очень простую конструкцию двигателей переменного тока, синхронных и асинхронных.

Важно понять, что для вращения магнитного поля нужны две неколлинеарные составляющие вектора магнитной индукции, сдвинутые на соответствующий угол. Поэтому в однофазной и симметричной двухфазной системах вращение поля получить невозможно.

Обсудим очень коротко идею реализации двигателей. Если во вращающееся магнитное поле поместить жёсткую систему короткозамкнутых рамок, способных вращаться, то легко понять, привлекая законы физики, что эта система рамок будет увлекаться магнитным полем и придёт во вращение. Угловая скорость установившегося вращения рамок будет меньше угловой скорости вращения магнитного поля. Поэтому такие двигатели называют асинхронными. При совпадении угловых скоростей поля и рамок, исчезнет увлекающий рамки механический момент, поскольку в рамках не будет индуцироваться ток.

Если во вращающееся магнитное поле поместить магнит, способный вращаться, то он, из-за инерции, будет совершать только малые колебательные движения около положения равновесия, так как механический момент сил, действующих на магнит, будет быстро менять знак. Среднее значение момента сил за период вращения поля равно нулю. Однако, если магнит раскрутить до угловой скорости поля, то механический момент не будет менять знак, и магнит будет устойчиво вращаться с угловой скоростью поля. Такие двигатели называют синхронными.   

6.1.4. Системы с числом фаз больше трёх.

Заслуживает внимания четырёхфазная система. Частный случай такой системы находит ограниченное применение. Имеем четыре напряжения, сдвинутые последовательно на угол . Однако на практике из этих напряжений используются только два, имеющие сдвиг . Другие два напряжения (противофазные к выбранным) ничего нового не дают. При этом система таких двух напряжений остаётся уравновешенной и позволяет получить вращение магнитного поля.

Такая неполная система из двух напряжений, сдвинутых на угол  (находящихся в «квадратуре»), находит применение для питания маломощных асинхронных двигателей, в частности, в однофазной бытовой аппаратуре. Это мы рассмотрим позже в главе, посвящённой электрическим машинам.

Стоит отметить, что эта система двух напряжений в учебниках по электротехнике несколько неудачно называется двухфазной несимметричной. Правильнее её называть неполной четырёхфазной, поскольку сдвиг фаз  характерен именно для такой системы.

Системы с числом фаз больше четырёх находят применение, в основном, при преобразовании переменного напряжения в постоянное. Чем больше число фаз, тем более постоянное будет напряжение, и тем меньше пульсации. Такова общая тенденция. Однако зависимость качества выпрямления от числа фаз не носит монотонный характер. Так, например, шестифазная система, легко получаемая из трёхфазной с помощью трансформатора, не даёт никаких преимуществ по сравнению с трёхфазной при двухполупериодном выпрямлении. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

6.1.5. Преобразование переменного напряжения в постоянное.