Rotující magnetické pole - Rotating magnetic field

A rotující magnetické pole je magnetické pole která má pohyblivé polarity, ve kterých se její protilehlé póly otáčejí kolem středového bodu nebo osy. V ideálním případě rotace mění směr konstantní úhlová rychlost. Toto je klíčový princip fungování systému motor na střídavý proud.

Rotující magnetická pole jsou často využívána pro elektromechanické aplikace, jako např indukční motory a elektrické generátory. Používají se však také v čistě elektrických aplikacích, jako je indukční regulátory.

Popis

A symetrický rotující magnetické pole lze vyrobit s pouhými dvěma polárními vinutými cívkami poháněnými fázováním 90 stupňů. Téměř vždy se však používají tři sady cívek, protože je kompatibilní s a symetrický třífázový střídavý sinusový systém. Tři cívky jsou poháněny s každou sadou 120 stupňů ve fázi od ostatních. Pro účely tohoto příkladu je magnetické pole považováno za lineární funkce proudu cívky.

Sinusový proud v každé ze tří stacionárních cívek produkuje tři sinusově proměnlivá magnetická pole kolmá na osu otáčení. Tři magnetická pole se přidávají jako vektory a vytvářejí jediné rotující magnetické pole.
Rotující třífázové magnetické pole, jak je naznačeno rotující černou šipkou

Výsledkem přidání tří 120stupňových fázovaných sinusových vln na osu motoru je jediný rotující vektor, který vždy zůstává konstantní.[1] Rotor má konstantní magnetické pole. Severní pól rotoru se bude pohybovat směrem k jižnímu pólu magnetického pole statoru a naopak. Tento magnetomechanické přitažlivost vytváří sílu, která bude pohánět rotor sledovat rotující magnetické pole v a synchronní způsob.

US patent 381968: Režim a plán provozu elektromotorů postupným řazením; Magnet pole; Armatura; Elektrická přeměna; Hospodárný; Přenos energie; Jednoduchá konstrukce; Snadnější konstrukce; Principy rotačního magnetického pole.

Permanentní magnet v takovém poli se bude otáčet tak, aby udržoval jeho vyrovnání s vnějším polem. Tento efekt byl využit v časném střídavém proudu elektromotory. Rotující magnetické pole lze zkonstruovat pomocí dvou ortogonálních cívek s fázovým rozdílem 90 stupňů v jejich střídavých proudech. V praxi by však takový systém byl napájen třívodičovým uspořádáním s nestejnými proudy. Tato nerovnost by způsobila vážné problémy ve standardizaci velikosti vodiče. Aby se to překonalo, používají se třífázové systémy, ve kterých jsou tři proudy stejné velikosti a mají fázový rozdíl 120 stupňů. Tři podobné cívky se vzájemnými geometrickými úhly 120 stupňů vytvoří v tomto případě rotující magnetické pole. Schopnost třífázového systému vytvářet točivé pole používané v elektrických motorech je jedním z hlavních důvodů, proč třífázové systémy dominují světovým systémům elektrického napájení.

Rotující magnetická pole se také používají v indukční motory. Protože se magnety časem degradují, indukční motory používají zkrat rotory (namísto magnetu), které sledují rotující magnetické pole vícevřetenové stator. U těchto motorů se vyvíjejí zkratované otáčky rotoru vířivé proudy v točivém poli statoru, což zase posune rotor o Lorentzova síla. Tyto typy motorů nejsou obvykle synchronní, nýbrž nutně vyžadují určitý stupeň „prokluzu“, aby mohl být proud produkován v důsledku relativního pohybu pole a rotoru.

Dějiny

V roce 1824 francouzský fyzik François Arago formuloval existenci rotujících magnetických polí pomocí rotujícího měděného disku a jehly, nazývaného „Arago rotace. “ Angličtí experimentátoři Charles Babbage a John Herschel zjistili, že mohou vyvolat rotaci v měděném disku Araga otáčením a magnet na podkovu pod ním, s anglickým vědcem Michael Faraday později připsat účinek elektromagnetická indukce.[2] V roce 1879 anglický fyzik Walter Baily nahradil podkovové magnety čtyřmi elektromagnety a manuálním zapínáním a vypínáním spínačů předvedl primitivní indukční motor.[3][4][5][6][7]

Praktická aplikace rotujícího magnetického pole v Střídavý motor je obecně připisován dvěma vynálezcům, italskému fyzikovi a elektrotechnikovi Galileo Ferraris a srbsko-americký vynálezce a elektrotechnik Nikola Tesla.[8]Tesla ve své autobiografii tvrdil, že k němu přišel nápad 1882 když kráčel v parku a kreslil to do písku, aby ilustroval, jak to fungovalo příteli.[9] Ferraris psal o výzkumu konceptu a vytvořil funkční model v roce 1885,[10] i když pro každé tvrzení neexistuje nezávislé ověření. V roce 1888 získal Tesla americký patent (US patent 0 381 968 ) za svůj design a Ferraris zveřejnil svůj výzkum v příspěvku pro Královská akademie věd v Turín.

Viz také

Reference

  1. ^ Výroba rotujícího magnetického pole, | electriceasy.com
  2. ^ W. Bernard Carlson, Tesla: Vynálezce elektrického věku, Princeton University Press - 2013, strany 52-54
  3. ^ W. Bernard Carlson, Tesla: Vynálezce elektrické doby, Princeton University Press - 2013, strana 55
  4. ^ Babbage, C .; Herschel, J. F. W. (leden 1825). „Zpráva o opakování experimentů M. Araga o magnetismu projeveném různými látkami během aktu rotace“. Filozofické transakce královské společnosti. 115: 467–496. Bibcode:1825RSPT..115..467B. doi:10.1098 / rstl.1825.0023. Citováno 2. prosince 2012.
  5. ^ Thompson, Silvanus Phillips (1895). Vícefázové elektrické proudy a motory na střídavý proud (1. vyd.). Londýn: E. & F.N. Spon. str. 261. Citováno 2. prosince 2012.
  6. ^ Baily, Walter (28. června 1879). „Způsob výroby Arago's Rotation“. Filozofický časopis. Taylor & Francis. 3 (1): 115–120. Bibcode:1879 PPSL .... 3..115B. doi:10.1088/1478-7814/3/1/318.
  7. ^ Vučković, Vladan (listopad 2006). „Interpretace objevu“ (PDF). Srbský žurnál elektrotechniků. 3 (2). Citováno 10. února 2013.
  8. ^ Thomas Parke Hughes, Networks of power: elektrifikace v západní společnosti, 1880-1930, strana 117
  9. ^ O'Neill, Johne. Marnotratný génius: Život Nikoly Tesly. str. 55–58.
  10. ^ Encyclopedia Americana: Meyer to Nauvoo, Scholastic Library Pub., 2006, strana 558

Další čtení

externí odkazy

Patenty