Трехфазный генератор вращающихся магнитных полей

Трехфазный генератор вращающихся магнитных полей

№41 Вращающееся магнитное поле.

Одним из важнейших достоинств трехфазной системы является возможность получения с ее помощью кругового вращающегося магнитного поля, которое лежит в основе работы трехфазных машин (генераторов и двигателей).

Для получения кругового вращающегося магнитного поля необходимо и достаточно выполнить два условия. Условие первое: необходимо 3p одинаковых катушки (p =1, 2, 3,….) расположить в пространстве так, чтобы их оси были расположены в одной плоскости и сдвинуты взаимно на равные углы ∆α=360°/3p. Условие второе: необходимо пропустить по катушкам равные по амплитуде и сдвинутые во времени на ∆t=T/3 или ∆ωt = 360°/3=120° переменные токи (симметричный трехфазный ток). При соблюдении указанных условий в пространстве вокруг катушек будет создано круговое вращающееся маг-нитное поле с постоянной амплитудой индукции Вmax вдоль его оси и с постоянной угловой скоростью вращения ωп.

На рис. 41.1 показано пространственное расположение трех (p = 1) одинаковых катушек под равными углами в 120° согласно первому условию.

По катушкам, по направлению от их начал (A, B, C) к концам (X, Y, Z) протекает симметричный трехфазный ток:

Магнитное поле, создаваемое каждой катушкой в отдельности, пропорционально току катушки (B = k*i), следовательно магнитные поля отдельных катушек в центре координат образуют симметричную трехфазную систему В(t):

Положительные направления магнитных полей каждой катушки (векторов BA, BB, BC) в пространстве определяются по правилу правоходового винта согласно принятым положительным направлениям токов катушек (рис. 41.1).

Результирующий вектор индукции магнитного поля B для любого момента времени может быть найден путем пространственного сложения векторов BA, BB, BC отдельных катушек. Определим значение результирующего вектора индукции магнитного поля B для нескольких моментов времени ωt = 0°; 30°; 60°. Пространственное сложение векторов вы¬полним графически (рис. 41.2а, б, в ). Результаты расчета сведены в отдельную таблицу:

Анализ таблицы показывает, что результирующий вектор индукции магнитного поля B(t,x,y) имеет постоянную амплитуду (Вmax=3/2Bm) и равномерно вращается в пространстве в положительную сторону по направлению катушки А к катушке В с угловой скоростью ωп , равной угловой частоте тока ω. В общем случае угловая скорость вращения магнитного поля зависит еще и от числа катушек:

В технике для характеристики вращения магнитного поля пользуются понятием частоты вращения: n=60f/p [об/мин]

С изменением числа p пространственная картина магнитного поля изменяется: при p=1 магнитное поле имеет два полюса (или одну пару полюсов), при p=2 – четыре полюса (или 2 пары полюсов) и т.д. (рис. 41.3). По этой причине число p = 1, 2, 3,… называют числом пар полюсов магнитного поля.

Частоту вращения магнитного поля можно изменять плавно изменением частоты питающего тока f, и ступенчато — изменением числа пар полюсов p. В промышленных условиях оба способа регулирования частоты вращения поля являются технически и экономически малоэффективными. При постоянной частоте промышленного тока f=50 Гц шкала синхронных частот вращения магнитного поля в функции числа пар полюсов выглядит следующим образом:

Для изменения направления вращения магнитного поля достаточно изменить порядок следования фаз питающего тока или, попросту, поменять местами две любые фазы источника между собой.

Получение вращающегося магнитного поля в трехфазных электродвигателях и генераторах

При включении трехфазной обмотки статора в сеть трехфазного тока в обмотках фаз появятся токи, сдвинутые по фазе (во времени) относительно друг друга на 120 эл. град (рис. 8.4, а):

‘в = 1 в^ sin( -240°).

Ток каждой обмотки создает пульсирующую магнитно динамическую силу (МДС), а совокупное действие этих МДС создает результирующую МДС, вектор которой, принимая различное направление в разные моменты времени, вращается относительно статора.

Принцип образования этой вращающейся МДС рассмотрим на простейшей трехфазной двухполюсной обмотке, каждая фаза которой состоит из одной катушки (^ = 1). Фазные обмотки со-

Рис. 8.4. Принцип получения вращающейся МДС единены звездой и включены в сеть трехфазного тока. Проведем ряд построений вектора МД С трехфазной обмотки, соответствующих различным моментам времени, отмеченным на рис. 8.4, а цифрами 0, 1, 2, 3. В момент времени /9 ток в фазе А равен нулю, в фазе В имеет отрицательное направление, а в фазе С — положительное. Эти направления тока отмечаем на рис. 8.4, б. Затем в соответствии с указанными в пазовых сторонах обмотки направлениями токов определяем направление вектора МДС Fx трехфазной обмотки статора (вектор направлен вертикально вниз). В момент времени 1 ток в обмотке фазы В равен нулю, в обмотке фазы А имеет положительное направление, а в обмотке фазы С — отрицательное направление. Сделав построения, аналогичные предыдущему моменту времени 0, видим, что вектор МДС Fx повернулся относительно своего положения в момент времени О на 120° по часовой стрелке. Проведя такие же построения для моментов времени 2 и 3, видим, что вектор Fx каждый раз поворачивается на 120° и за один период переменного тока делает полный оборот (360°).

Если частота тока в обмотке статора fx =50 Гц, то вектор МДС вращается с частотой 50 об/с. В общем случае частота вращения вектора МДС пх — синхронная частота вращения — прямо пропорциональна частоте тока / и обратно пропорциональна числу пар полюсов р обмотки статора:

«1 =fxWP-

Значения синхронных частот вращения для промышленной частоты переменного тока / = 50 Гц приведены ниже.

Число пар полюсов р

Синхронная частота вращения пх, об/мин

Вращающаяся МДС создает в расточке статора вращающееся магнитное поле. При необходимости изменить направление вращения МДС нужно изменить порядок следования токов в обмотке. Так, в рассмотренном примере (см. рис. 8.4) порядок следования токов в фазных обмотках был А—В— С. При этом МДС вращалась по часовой стрелке. Если порядок следования токов в фазных обмотках изменить (А—С—В), то МДС трехфазной обмотки будет вращаться против часовой стрелки. Для изменения порядка следования токов в обмотках фаз необходимо поменять места присоединения к сети двух проводов, отходящих от зажимов обмотки статора.

Изменение направления тока во всех трех обмотках фаз не изменяет направления вращения поля статора.

Для определения амплитуды основной гармоники МДС трехфазной обмотки необходимо сложить основные гармоники МДС обмоток фаз, оси которых смещены в пространстве относительно друг друга на 120 эл. град:

fA = 7ф1 sin со, / cos а = 0,57^! [sin(co,/ — а) + sin( + fB+fc= sin( Во5р.

Для пояснения обратимся к рис. 8.5, б, на котором показано разложение вектора вращающегося эллиптического поля для четырех моментов времени, соответствующих точкам a, b, с, d на кривой, описываемой вектором индукции этого поля (четверть оборота поля). Наибольшее значение вектор индукции результирующего поля Втах (точка а) имеет при совпадении в пространстве векторов прямого Вцр и обратного Во5р полей (положения 1 и /’). Наименьшее значение вектора индукции Z?min (точка d) соответствует встречному направлению векторов Впр и Во5р (положения 4 и 4′). Значения вектора индукции в точках b и с соответствуют положениям 2 и 3 вектора В11р и положениям 2′ и 3′ вектора 50бр.

Обратное магнитное поле неблагоприятно влияет на свойства машины переменного тока. Например, в двигателях оно создает противодействующий (тормозной) электромагнитный момент и ухудшает их эксплуатационные свойства.

Рис. 8.5. Разложение эллиптического и пульсирующего магнитных полей на два круговых вращающихся поля

В трехфазной машине магнитное поле будет эллиптическим, если обмотку статора включить в сеть с несимметричным трехфазным напряжением или если обмотки фаз статора несимметричны (имеют неодинаковые сопротивления или разное число витков). Поле также будет эллиптическим при неправильном соединении фазных обмоток статора — начало и конец одной из фазных обмоток перепутаны. В этом случае В=5/2 и Втт = ЗВ/2, где В — вектор магнитной индукции кругового вращающегося поля данной обмотки при правильном соединении фаз (рис. 8.5, а).

Если прямая и обратная составляющие магнитного поля равны, то результирующее поле становится пульсирующим. Вектор индукции этого поля неподвижен в пространстве (рис. 8.5, в) и лишь изменяется во времени от + 2?тах до -Втах (когда векторы 5пр и Во5р совпадают по направлению), проходя через нулевое значение (когда векторы 2?||р и 7?обр направлены встречно).

Генератор переменного (вращающегося) магнитного поля

Генератор переменного (вращающегося) магнитного поля

Габаритные размеры установки: длина — 40.5cm; ширина 15cm; высота 14cm.

Установка питается от однофазной сети переменного тока 220V, 50Hz. Потребляемая мощность при максимальной скорости вращения – менее 30W.

Скорость вращения магнитов регулируется от 1 до 20 оборотов в секунду.

Внешний вид генератора переменного магнитного поля.

Основные элементы установки:

— Асинхронный трехфазный электродвигатель.

— Вращающийся стакан с укрепленными на нем магнитами.

— Пара квадратных, сверхсильных, неодимовых магнитов. Размеры 4cm*4cm*2cm.

— Трехфазный частотный преобразователь с регулируемой частотой импульсного напряжения. Частота от 1 до 50Hz, амплитуда импульсного напряжения 310V. Скорость и направление вращения регулируется ручкой на боковой поверхности контроллера.

Внимание! На элементах схемы контроллера присутствует высокое, опасное для жизни напряжение! Запрещается касаться колодок подключения проводов двигателя к контроллеру не отключив генератор от сети.

— Неподвижный стакан диаметром 5cm и глубиной 6cm, вокруг которого вращаются магниты.

— Подставка с рабочим столиком для крепления объекта исследований — 15cm*17cm плюс полочка 2cm перед входом в стакан.

— Защитный экран вокруг вращающихся магнитов.

— Индуктивный датчик в основании подставки под магнитом, для измерения скорости вращения. Выход датчика выведен на контактную колодку сбоку от основания двигателя. Кроме непосредственного вывода датчика имеется дополнительный вывод диодного выпрямителя, для измерения постоянной составляющей генерируемой ЭДС, пропорциональной скорости вращения.

Вращающийся стакан сбалансирован дополнительным грузом, для минимизации биений и уменьшения вибраций.

По периметру неподвижного стакана проделаны 3 небольших отверстия для облегчения процедуры взаимной центровки вращающегося и неподвижного стакана.

Магнитное поле в рабочей области.

Экспериментальные значения индукции магнитного поля в рабочей области диаметром 5cm:

— поле в центре — 80mT,

— поле на периферии — 200mT.

Эти значения заметно меньше, чем поле на поверхности “голого” магнита, так как поле быстро уменьшается с расстоянием.

Исходя из того, что дипольное поле меняется на больших расстояниях как , а для определения магнитного поля необходимо выполнить интегрирование по объему магнита, для аппроксимации поля в рабочем зазоре была применена упрощенная аппроксимация. Эта аппроксимация задана комбинацией двух диполей на краях рабочего зазора, каждый из которых задается в виде:

Здесь x – расстояние от края магнита, B0 – индукция магнитного поля вблизи поверхности магнита, X0 — масштабный коэффициент (порядка отношения размеров магнита к толщине рабочей области, при сохранении пропорций магнита).

Расчетная индукция магнитного поля в рабочей области.

Верхняя шкала – расстояние от центра в сантиметрах. Правая шкала – индукция магнитного поля в Тесла. Цифры над кривыми – значения масштабных коэффициентов.

Жирная черная кривая с точками – поле для квадратного магнита 4cm*4cm*2cm (масштабный коэффициент 0.87), поле в центре 80mT, поле на периферии 200mT. Параметры магнита близки к параметрам реального магнита.

Тонкие кривые – поле для иных значений масштабного коэффициента магнита.

Скорость вращения барабана.

Зависимость скорости вращения от напряжения на выходе выпрямителя индукционного детектора вращения.

Для оценки скорости вращения барабана с магнитами следует подключить цифровой мультиметр с входным сопротивлением не менее 1MΩ к гнездам постоянного напряжения.

Гнезда контроля скорости вращения барабана.
Контроллер 3-фазного асинхронного двигателя с частотным управлением

Схема контроллера частотного управления трехфазным асинхронным двигателем.

Низковольтный блок питания на 14V выполнен на базе зарядного устройства мобильного телефона.

Переменный резистор VR1 управляет скоростью и направлением вращения двигателя.

Светодиод LED1 мигает с частотой повторения импульсной трехфазной последовательности.

Микросхемы IR2106 преобразуют и сдвигают уровни управляющих сигналов. Пары транзисторов M11, M12; M21, M22; M31, M32 – образуют трехфазный мост.

Микропроцессор ATmega8 формирует управляющие сигналы с периодом и фазой соответствующей углу и направлению поворота переменного резистора VR1.

Для оценки скорости вращения в основании подставки под магнитом вмонтирован индуктивный датчик. Выход датчика выведен на контактную колодку сбоку от основания двигателя. Кроме непосредственного вывода датчика имеется дополнительный вывод диодного выпрямителя, для измерения постоянной составляющей генерируемой ЭДС, пропорциональной скорости вращения.

Схема индукционного детектора вращения с выпрямителем

Размещение элементов в корпусе контроллера.

Размещение разъемов на плате контроллера.

Магнитное поле в рабочей области барабана

при вращении с частотой 10Hz

Напряжение на выходе датчика Холла примерно в центре рабочей области.

Индукция магнитного поля для напряжения 350mV при 10-кратном усилении .

Напряжение на выходе датчика Холла на краю рабочей области.

Индукция магнитного поля для напряжения 875mV при 10-кратным усилении .

На отклонение от синусоиды влияют конечные размеры магнита.

Напряжение на выходе датчика Холла с внешней стороны рабочей области на поверхности защитного экрана.

Индукция магнитного поля для напряжения 534mV при 10-кратным усилении .

ЭДС, порождаемые вращающимся магнитным полем в измерительных катушках

Осциллограмма напряжения на измерительной катушке (S·n=0.61m2) в рабочей области.

Осциллограмма напряжения на выходе индукционного детектора вращения.

Трехфазный генератор вращающихся магнитных полей

Если три катушки, включенные в трехфазную сеть переменного тока, разместить по окружности так, чтобы между плоскостями любых двух катушек был угол 120°, а в центре этой окружности поместить магнитную стрелку на оси, то стрелка придет во вращение, Так как магнитная стрелка в этом опыте может вращаться только под действием магнитных сил, то совокупность магнитных полей, созданных токами трех катушек, включенных в трехфаэную сеть, является вращающимся магнитным полем. Разберем причину этого явления.

Изобразим графически изменения токов в катушках (рис. 5-3) и выберем четыре произвольных момента времени: Для каждого из этих моментов последовательно изобразим результирующие магнитные потоки внутри статора трехфазной машины,

условно имеющей три обмотки, состоящие каждая из одного витка (рис. 5-4). Обозначим начала обмоток (витков) буквами А, В и С, а концы — соответственно X, Y и Z. Ток в начале обмотки будем считать направленным к нам, если его значение положительно. Для момента времени имеем: обмотка потока не создает в начале обмотки В ток направлен от нас , а в ее конце Y — к нам; в начале обмотки С ток направлен к нам а в ее конце Z — от нас. Таким образом, в двух расположенных рядом проводниках С и Y, перпендикулярных к плоскости чертежа, токи направлены одинаково в момент и создают магнитный поток, направленный по правилу буравчика против часовой стрелки, а токи в проводниках В и Z создают поток, направленный по часовой стрелке. Оба потока внутри статора машины имеют одинаковое направление (вверх). Направление оси общего магнитного потока отметим стрелкой.

Рассматривая таким образом положение магнитного потока для каждого из указанных моментов, приходим к выводу, что направление магнитного потока изменяется на 180° за полпериода. Легко убедиться, что за период ось магнитного потока сделает один оборот, и очевидно, что скорость вращения ее пропорциональна частоте тока.

Мы рассмотрели положение магнитных потоков для фиксированных моментов времени, но ток изменяется непрерывно. Отсюда можно предположить, что магнитный поток поворачивается не скачками, а непрерывно с постоянной скоростью. Количественное рассмотрение вопроса о создании вращающегося магнитного поля трехфазной системой приводит нас к более подробным выводам.

Пусть на статоре трехфазной машины имеются три обмотки, включенные в трехфазную систему (рис. 5-5), а магнитная индукция

в точке О, создаваемая каждой обмоткой, изменяется по синусоидальному закону:

Очевидно, что для определения длины и положения результирующего вектора индукции в точке О следует найти сумму проекций векторов на ось координат Ох:

Сумма проекций этих векторов даст проекцию результирующего вектора индукции:

Точно так же поступим и для нахождения проекции результирующего вектора Индукции на ось Оу:

Таким образом, в результате этих преобразований мы получили две составляющие общего результирующего вектора магнитной индукции В:

по которым найдем значение суммарной индукции (рис. 5-6):

Оказывается, что длина вектора магнитной индукции В не зависит от времени; при его составляющая (вектор занимает вертикальное положение); с увеличением t вертикальная проекция уменьшается, а горизонтальная увеличивается, в результате чего В будет поворачиваться по часовой стрелке.

Для определения скорости вращения вектора магнитной индукции В положим, что в некоторый произвольный момент времени t он образует с осью угол для которого можно записать:

т. е. вектор индукции В вращается с постоянной угловой скоростью в направлении часовой стрелки. Иначе говоря, получается постоянное по значению равномерно вращающееся магнитное поле.

Простой способ создания вращающегося магнитного поля трехфазной системой положен в основу устройства трехфазных двигателей. Если изменить очередность фаз (изменится и последовательность токов), то, проведя аналогичные преобразования, получим:

Отсюда следует, что В будет вращаться против часовой стрелки (при вектор В займет горизонтальное положение; с увеличением t горизонтальная проекция уменьшится, а вертикальная увеличится, т. е. В повернется против часовой стрелки. Изменением последовательности фаз пользуются для изменения направления вращения роторов трехфазных двигателей, т. е. для реверсирования двигателей.

Трехфазный генератор вращающихся магнитных полей

Взгляд с другого ракурса.

Глава 20. НЭГ – причины неудач.

Раздел 1. От автора.

В Интернете уже долгое время держится устойчивый интерес к НЭГ (Неподвижный Электрический Генератор). Надо признать идея НЭГ – красивейшая. Вот только реализовать ее пока не удалось никому. И не удастся. По крайней мере, в том варианте, в котором она известна.

Для того, что бы разобраться в причинах неудач предлагаю провести формально-логический анализ создавшейся ситуации.

Раздел 2. Введение в тему.

Итак НЭГ… Это трехфазный электрический генератор не имеющий ни одной вращающейся (подвижной) детали. Заявленный КПД его больше 1,0. Описание НЭГ смотрите в http://www.skif.biz/index.php?name=Pages&op=page&pid=138 . .

Принцип действия – сверхъединичная генерация электроэнергии тремя фазными обмотками за счет индукции от вращающегося магнитного поля , образующегося в пространстве между тремя фазными сердечниками, при запитке их обмоток от трехфазного источника тока. С последующим переходом в режим самоподпитки (автогенерация).

В основе – опять же «вращающееся магнитное поле» (см. главы 18 и 19 ).

На нем и остановимся.

Из учебников физики мы знаем, что вращающееся магнитное поле можно получить разными способами:

1. Вращая постоянный магнит определенной конфигурации вокруг оси перпендикулярной силовым линиям магнитного поля им созданного.
2. Аналогично вращая соленоид.
3. Используя магнитный коммутатор РВМК или РВМКС.
4. Подав три фазы на ориентированные через 120 градусов, обмотки статора мотора.

Первые два способа применяются при реализации обычных электрогенераторов. Третий – тема предыдущих двух глав. Четвертый – база для проектирования электромоторов и (!) НЭГ. Последнее уже интересно…

Первое, что бросается в глаза – это то, что механическое вращение магнитного поля используется в основном для генерации электроэнергии, а электрическое вращение – для обратной задачи – превращения энергии вращающегося магнитного поля в механическую энергию вращения.

НЭГ с этой точки зрения – попытка решения суперобратной задачи – превращения энергии вращающегося магнитного поля полученного электрическим путем в энергию электрическую же, без движущихся конструктивных элементов.

Но для этой цели существуют трехфазные трансформаторы, имеющие КПД близкий к 1,0.

Отличается ли НЭГ от обычного трехфазного трансформатора – вот тот вопрос, ответ на который прояснит ситуацию.

Заявленная разница: В НЭГ магнитное поле вращающееся – отсюда КПД больше 1,0 (ожидание), в трансформаторе – поле не вращается – отсюда КПД меньше 1,0.

С трансформатором все ясно. Он работает в строгом соответствии с законами физики.

А вот тезис о том, что в НЭГ магнитное поле вращающееся поставим под сомнение.

Раздел 3. А все таки оно не крутится.

Да, мы все со школьных лет и до старости свято верим, что три расположенных через 120 градусов, обмотки запитанные трехфазным током создают вращающееся магнитное поле. Школа и быт крепко вбили в наши головы этот тезис. Он уже в наших генах.

На самом деле никакого вращающегося магнитного поля между тремя фазными обмотками мотора НЕТ!

Каждая обмотка создает вокруг себя изменяющееся по синусу (во времени) неподвижное (силовые линии его всегда строго вдоль оси обмотки – т.е. по радиусу (у них нет тангенциальной составляющей), т.е. не смещаются ни на градус, ни в одну, ни в другую сторону, магнитное поле.

Суммарное магнитное поле от трех обмоток создает в пространстве между ними вращающееся поле градиентов сил магнитной природы (своеобразную вращающуюся стабильную по конфигурации, картину чередующихся магнитных «бугров» и «ям»), на которое реагируют ферромагнетики (и замкнутые проводники – см. примечание).

Они перемещаются из области пространства, в которой магнитное поле уменьшается, в область пространства, в которой магнитное поле возрастает. Т.е. магнитное поле обмоток как эстафету передает конкретный намагниченный участок ротора от одного сектора в 120 градусов, к другому трижды за период. И это повторяется 50 (60) раз в секунду.

Плавность (по синусу) изменения интенсивности магнитных полей в сердечниках обмоток сдвинутых на 120 градусов, задает равномерность крутящего момента ротора.

Примечание: Замкнутые проводники (конструктивные элементы ротора) образуют контура со своими встречными магнитными полями. Чем больше отставание контуров (влияние механической нагрузки на ротор) от вращающегося поля градиентных сил, тем больше возбуждаемые проводниками поля – тем больше крутящий момент ротора, тем больше токи в статорных обмотках. Это составляющие принципа работы асинхронного трехфазного электродвигателя.

Сами по себе перемещающиеся (вращающиеся – вращение задается конфигурацией расположения обмоток НЭГ или моторов) градиенты сил, здесь есть суперпозиция от трех источников магнитного поля.

Перемещающиеся градиенты сил ПРИНЦИПИАЛЬНО не имеют собственных силовых линий т.к. они есть производная от нескольких источников магнитных силовых линий, т.е. каждый источник (обмотка) оперирует (во времени) своим набором силовых линий.

Значит, сами по себе градиенты сил не могут создавать условий для электромагнитной индукции. В НЭГ, в каждой из неподвижных силовых обмоток, электромагнитная индукция возникает только от изменяющегося во времени по синусу, магнитного поля своей (находящейся рядом и напротив) опять же неподвижной, обмотки возбуждения.

Еще один признак, характеризующий перемещающийся градиент сил – это полное отсутствие магнитных полюсов, как следствие отсутствия своих магнитных силовых линий.

Настоящее же вращающееся магнитное поле, во-первых, имеет тангенциальную составляющую, т.е. силовые линии единого источника постоянно изменяют свою ориентацию в пространстве согласно положению соленоида или постоянного магнита, которое механически изменяется внешним приводом, во-вторых, вне зависимости от положения количество магнитных силовых линий одинаково (в большинстве конструкций).

Таким образом, в электротехническую терминологию для формально-логической развязки напрашивается новый термин –«перемещающееся (вращающееся) поле градиентных магнитных сил». Введение этого термина раз и навсегда поставит точку в вопросе о вращающемся магнитном поле.

Т.е. поставит на свои места настоящее вращающееся магнитное поле, получаемое механическим вращением двухполюсного ротора, и поле созданное тремя (любое количество) разнесенными на 120 градусов в пространстве статора, обмотками запитанными трехфазным током.

Таким образом, вывод однозначный: НЭГ – это обычный трехфазный (многофазный) ТРАНСФОРМАТОР, в котором помимо привычных потерь, дополнительно присутствуют потери от деформирующего вращающегося силового поля (следствие присутствия вращающегося поля градиентных магнитных сил), действующего на неподвижные магнитопроводы статора и ротора.

Отсюда – КПД НЭГ должен быть ниже КПД трехфазного трансформатора, т.к. в последнем нет потерь от деформирующего вращающегося силового поля.

C ледствия вытекающие из вышеприведенных рассуждений:

А. В главе 18, в разделе 2, учитывая изложенный здесь материал, следует читать:

«Действительно вращающееся магнитное поле ( H rot ) , и вращающееся поле градиентных магнитных сил F rot ( H grad ) можно получить разными способами:

1. Механически вращая двухполюсный ротор в генераторе (Hrot).
2. Электрически, подключив соответствующие обмотки мотора к фазным линиям от трехфазного генератора (Frot(Hgrad)).
3. Электрически, подключив соответствующие обмотки мотора к фазным линиям от преобразователя подключенного к своему источнику питания (Frot(Hgrad)).»

Б. В главе 17 в разделе 3 (подраздел А) есть такая фраза:

1. Наблюдаемым проявлением этого является наличие силы (просто «силы»). Когда мы называем эту силу магнитной, мы просто присваиваем силе (навешиваем ярлык) природу ее возникновения, не больше.

Конкретизация понятия «перемещающееся (вращающееся) поле градиентных магнитных сил» в данном материале, есть еще один маленький плюс в пользу вышеприведенного тезиса.

В. Более детальный анализ механизмов и природы возникновения сил и силовых полей позволит избавить физику от совпадающих внешне, но глубоко различных по принципу возникновения и существования, пар разных физических явлений, пока объединенных каким-либо ОДНИМ названием-ярлыком. Это даст в руки технической творческой части населения новые более корректные подходы к пониманию сути вещей. С «вращающимся магнитным полем» мы практически уже разобрались.

Г. Теперь, уважаемый читатель, вы сами, сможете откорректировать этот материал в части до пункта «А». Хотя это и не обязательно.

Раздел 4. Выводы.

1. Вращающееся поле градиентных сил магнитной природы не имеет собственных силовых линий и полюсов, т.к. является, образно говоря, немагнитной граничной, между магнитными полями разных источников, областью. Поэтому оно непригодно для генерации электроэнергии – нет силовых линий – нет вопроса…
2. Вращающееся поле градиентных сил магнитной природы почти идеально подходит для преобразования многофазной электрической энергии в энергию механического вращения. Этот принцип широко используется с самого момента появления современной электротехники. Очень плохо то, что до сих пор считается, что здесь используется вращающееся магнитное поле.
3. Существующий термин «Вращающееся магнитное поле», со всеми известными вытекающими последствиями, справедлив только для устройств с механическим вращением ротора-соленоида или ротора на базе постоянных магнитов.
4. Вращающееся магнитное поле почти идеально подходит для преобразования механической энергии в многофазную электрическую энергию.
5. Было бы неплохо, если бы в учебниках физики появился термин «Вращающееся поле градиентных сил магнитной природы».

Дополнение от 25 октября 2012 г.

Спустя несколько лет, разобравшись в общих чертах, с электромагнитными явлениями в средах, я могу сказать следующее: НЭГ – это идея-фикс.

Причина проста: Вращающееся магнитное поле, и поле механических сил, сопровождающее его, в обычном генераторе (с вращающимся якорем) НЕПРЕРЫВНО как во времени, так и в пространстве. Это обусловлено КОНСТРУКТИВНО.

В НЭГ непрерывности НЕТ. Но именно НЕПРЕРЫВНОСТЬ создает правильный (плавный) ТАНГЕНЦИАЛЬНЫЙ магнитный индукционный момент. В НЭГ этот момент ИМПУЛЬСНЫЙ с РЕЗКИМИ фронтами. Соответственно эффективной индукции нет.

Вместе с тем, отчаиваться не нужно. Идея может быть реализована при соблюдении ряда условий. Такие условия могут создаваться, например, режимом электрического или механического РЕЗОНАНСА.

Вращающееся магнитное поле

В основе работы асинхронных двигателей лежит вращающееся магнитное поле, создаваемое МДС обмоток статора.

Принцип получения вращающегося магнитного поля с помощью неподвижной системы проводников заключается в том, что если по системе неподвижных проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве создается вращающееся поле. Если система проводников симметрична, а угол сдвига фаз между токами соседних проводников одинаков, то амплитуда индукции вращающегося магнитного поля и скорость постоянны. Если окружность с проводниками развернуть на плоскость, то с помощью подобной системы можно получить «бегущее» поле.

Рассмотрим получение вращающегося поля на примере трехфазного асинхронного двигателя с тремя обмотками, сдвинутыми по окружности на 120° (рис.3.5) и соединенными звездой. Пусть обмотки статора питаются симметричным трехфазным напряжением со сдвигом фаз напряжений и токов на 120°.

Если для обмотки принять начальную фазу тока равной нулю, тогда мгновенные значения токов имеют вид

Графики токов представлены на рис. 3.6. Примем, что в каждой обмотке всего два провода, занимающие два диаметрально расположенные паза.

Как видно из рис. 3.6, в момент времени ток в фазе положительный, а в фазах и – отрицательный.

Если ток положительный, то направление тока примем от начала к концу обмотки, что соответствует обозначению знаком «х» в начале обмотки и знаком «·» (точка) в конце обмотки. Пользуясь правилом правоходового винта, легко найти картину распределения магнитного поля для момента времени (рис. 3.7, а). Ось результирующего магнитного поля с индукцией расположена горизонтально.

На рис. 3.7, показана картина магнитного поля в момент времени соответствующий изменению фазы тока на угол = 60°. В этот момент времени токи в фазах и положительные, т. е. ток идет в них от начала к концу, а ток в фазе отрицательный, т. е. идет от конца к началу. Магнитное поле оказывается повернутым по часовой стрелке на угол = 60°. Если угловая частота тока , то (Здесь , где – частота тока в сети). В моменты времени и ось магнитного поля соответственно повернется на углы и (рис. 3.6, в и Через время, равное периоду ось поля займет первоначальное положение. Следовательно, за период поле делает один оборот (рис. 3.7, ( В рассмотренном случае число полюсов и магнитное поле вращается с частотой об / мин ( Гц промышленная частота). Можно доказать, что результирующая магнитная индукция представляет собой вращающееся поле с амплитудой

где максимальная индукция одной фазы; – максимальная индукция трех фаз; – угол между горизонтальной осью и прямой, соединяющей центр с произвольной точкой между статором и ротором.

В рассмотренном случае направление вращения поля совпадает с направлением движения часовой стрелки. Если поменять местами выводы любых двух фаз питающего напряжения, например и что соответствует обратной последовательности фаз, то направление вращения поля будет противоположным (против движения часовой стрелки), т. е. магнитное поле реверсируется (ср. рис. 3.8).

Если число катушек в каждой фазе увеличить, а сдвиг фаз между токами сохранить в 120°, то частота вращения поля изменится. Например, при двух катушках в каждой фазе, расположенных, как показано на рис. 3.9, поле за один период повернется в пространстве на 180°.

Рис. 3.8 Рис. 3.9 Рис. 3.10

Для получения картины поля возьмем момент времени когда ток в фазе положительный, а токи в фазах отрицательные. Пользуясь правилом знаков для токов находим, что в данном случае число полюсов или и тогда об/мин. Рассуждая аналогично, для трех катушек в каждой фазе находим картину поля, показанную на рис.3.10. Здесь р = 3 и, следовательно, = 1000 об/мин.

Общая формула для определения частоты вращения, об/мин, будет

Во всех рассмотренных случаях катушки каждой фазы были соединены между собой последовательно. Именно при таком соединении частота вращения поля статора для = 1, 2 и 3 при = 50 Гц составила соответственно 3000, 1500 и 1000 об/мин.

Покажем, что при переключении катушек из одной фазы в другую и при их параллельном соединении число полюсов поля и, следовательно, частота вращения поля будут отличными от рассмотренных. В качестве примера возьмем по две катушки в каждой фазе и соединим их между собой параллельно так, как показано на рис.3.11, и в развернутом виде на рис. 3.11,. Из картины поля видно, что = 1, а частота вращения = 3000 об/мин. Выше было показано, что при последовательном соединении тех же катушек частота вращения была 1500 об/мин. При частоте тока в в сети 50 Гц частота вращения поля статора определяется из выражения

=

Задаваясь различным числом пар полюсов = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, находим частоту вращения поля. Результаты расчета сведены в табл. 3.1.

Источник: nevinka-info.ru