Wirujące pole magnetyczne

Obracające się pole magnetyczne jest kluczową zasadą w działaniu maszyn indukcyjnych. Silnik indukcyjny składa się ze stojana i wirnika. W stojanie grupa stałych uzwojeń jest tak rozmieszczona, że prąd np. dwufazowy wytwarza pole magnetyczne, które obraca się z prędkością kątową określoną przez częstotliwość prądu zmiennego. Wirnik lub twornik składa się z cewek nawiniętych w szczeliny, które są zwarte i w których zmieniający się strumień wytwarzany przez bieguny pola indukuje prąd. Strumień wytworzony przez prąd armatury reaguje na bieguny pola i armatura obraca się w określonym kierunku.

Pola wirujące. Ponieważ zmienia się kierunek prądu płynącego przez uzwojenia, zmienia się również biegunowość uzwojeń. Ponieważ istnieją dwa uzwojenia działające w połączeniu ze sobą, biegunowość pola głównego będzie zależała od biegunowości każdego z uzwojeń. Strzałka lub wektor poniżej każdego diagramu wskazuje kierunek pola magnetycznego w każdym przypadku.

Symetryczne wirujące pole magnetyczne może być wytwarzane z zaledwie dwóch cewek nabiegunnikowych napędzanych w 90-stopniowej fazie. Jednakże, trzy zestawy cewek są prawie zawsze używane, ponieważ jest to zgodne z symetrycznym trójfazowym systemem prądu sinusoidalnego AC. Trzy cewki są napędzane z każdym zestawem 120 stopni w fazie od pozostałych. Dla celów tego przykładu przyjmuje się, że pole magnetyczne jest liniową funkcją prądu cewki.

Wynikiem dodania trzech sinusoidalnych fal o fazach 120 stopni na osi silnika jest pojedynczy wektor obrotowy, który zawsze pozostaje stały pod względem wielkości. Wirnik ma stałe pole magnetyczne. Północny biegun wirnika będzie poruszał się w kierunku południowego bieguna pola magnetycznego stojana i odwrotnie. To przyciąganie magnetomechaniczne tworzy siłę, która napędza wirnik do podążania za wirującym polem magnetycznym w sposób synchroniczny.

Obrotowe trójfazowe pole magnetyczne, jak wskazuje obracająca się czarna strzałka

Magnes stały w takim polu będzie się obracał tak, aby utrzymać swoje ustawienie względem pola zewnętrznego. Efekt ten był wykorzystywany we wczesnych silnikach elektrycznych prądu zmiennego. Wirujące pole magnetyczne może być skonstruowane przy użyciu dwóch ortogonalnych cewek z 90-stopniową różnicą faz w ich prądach zmiennych. Jednak w praktyce taki system byłby zasilany poprzez układ trójprzewodowy o nierównych prądach. Nierówność ta powodowałaby poważne problemy w standaryzacji wielkości przewodów. Aby temu zaradzić, stosuje się układy trójfazowe, w których trzy prądy są równe co do wielkości i mają 120-stopniową różnicę faz. Trzy podobne cewki, których wzajemne kąty geometryczne wynoszą 120 stopni, tworzą w tym przypadku wirujące pole magnetyczne. Zdolność systemu trójfazowego do wytworzenia pola wirującego wykorzystywanego w silnikach elektrycznych jest jednym z głównych powodów, dla których systemy trójfazowe dominują w światowych systemach zasilania elektrycznego.

Wirujące pola magnetyczne są również wykorzystywane w silnikach indukcyjnych. Ponieważ magnesy z czasem ulegają degradacji, silniki indukcyjne wykorzystują zwarte wirniki (zamiast magnesu), które podążają za wirującym polem magnetycznym wielozwojowego stojana. W silnikach tych, zwarte zwoje wirnika powodują powstawanie prądów wirowych w polu wirującym stojana, które z kolei poruszają wirnik za pomocą siły Lorentza. Silniki tego typu nie są zazwyczaj synchroniczne, lecz z konieczności posiadają pewien stopień „poślizgu”, aby prąd mógł być wytwarzany w wyniku względnego ruchu pola i wirnika.

.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.