Levitation in einem Magnetfeld ohne Rotation. Große Enzyklopädie über Öl und Gas
Elektrogravitation ist einfach
Einführung. Der Artikel beschreibt einfacher Generator Elektrogravitation, die Ihr Gewicht sowohl verringern als auch erhöhen kann. Heute funktionierende Installation ist in der Lage, das Gewicht in einem sehr kleinen Bereich bis zu 50 % des ursprünglichen Gewichts zu ändern. Daher werden Empfehlungen zu dessen Verbesserung gegeben. Experimente von Sergei Godin und Vasily Roshchin Zwei russische Physiker haben einen sehr interessanten Generator geschaffen. Tatsächlich handelt es sich dabei um Permanentmagnete, die in einer speziellen Scheibe mit Hohlräumen für Magnete untergebracht sind. Wenn sich die „Scheibe mit Magneten“ im Uhrzeigersinn drehte, verringerte sich das Gewicht des Generators, bei Drehung gegen den Uhrzeigersinn verringerte es sich.
Und der Anti-Schwerkraft-Effekt kann durch den Einbau neuer rotierender Magnete, die mit Mini-Elektromotoren ausgestattet sind, noch verstärkt werden. Der zweite Schritt sollte sein
, Permanentmagnete in der „Trommel“ durch Elektromagnete ersetzen.Was ist ein Permanentmagnet? Im Wesentlichen handelt es sich hierbei um eine Reihe von Ringströmen aus kleinen Elektromagneten, die in den Körper des Magneten „eingenäht“ sind.
Heute findet man Permanentmagnete nützliche Anwendung in vielen Bereichen Menschenleben. Manchmal bemerken wir ihre Anwesenheit nicht, aber in fast jeder Wohnung kann man sie bei genauem Hinsehen in verschiedenen Elektrogeräten und mechanischen Geräten finden. Elektrorasierer und Lautsprecher, Videoplayer und Wanduhren, Handy und die Mikrowelle, die Kühlschranktür und schließlich – Permanentmagnete findet man überall.
Sie werden in der Medizintechnik und Messtechnik eingesetzt verschiedene Instrumente und in der Automobilindustrie, bei Gleichstrommotoren, in Lautsprechersysteme, V elektrische Haushaltsgeräte und viele, viele andere Bereiche: Funktechnik, Instrumentenbau, Automatisierung, Telemechanik usw. – keiner dieser Bereiche kommt ohne den Einsatz von Permanentmagneten aus.
Spezifische Lösungen mit Permanentmagneten ließen sich endlos aufzählen, das Thema dieses Artikels wird jedoch sein Kurze Review verschiedene Anwendungen von Permanentmagneten in der Elektrotechnik und Energietechnik.
Seit den Zeiten von Oersted und Ampere ist allgemein bekannt, dass stromdurchflossene Leiter und Elektromagnete miteinander interagieren Magnetfeld Dauermagnet. Der Betrieb vieler Motoren und Generatoren basiert auf diesem Prinzip. Nach Beispielen muss man nicht lange suchen. Der Lüfter im Netzteil Ihres Computers besteht aus einem Rotor und einem Stator.
Das Laufrad mit Schaufeln ist ein Rotor mit kreisförmig angeordneten Permanentmagneten, und der Stator ist der Kern eines Elektromagneten. Ummagnetisierung des Stators umkehren, elektronische Schaltung erzeugt den Rotationseffekt des Statormagnetfelds; der magnetische Rotor folgt dem Statormagnetfeld und versucht, von ihm angezogen zu werden – der Lüfter dreht sich. Die Rotation wird auf ähnliche Weise implementiert Festplatte und funktionieren auf ähnliche Weise.
Auch in elektrischen Generatoren haben Permanentmagnete ihre Anwendung gefunden. Synchrongeneratoren für Heim-Windkraftanlagen ist beispielsweise einer der Anwendungsbereiche.
Auf dem Generatorstator befinden sich umlaufend Generatorspulen, die während des Betriebs der Windmühle vom magnetischen Wechselfeld sich bewegender (unter dem Einfluss des Windes, der auf die Rotorblätter weht), am Rotor montierter Permanentmagnete durchzogen werden. Im Gehorsam leiten die von Magneten durchzogenen Leiter der Generatorspulen Gleichstrom in den Verbraucherstromkreis.
Solche Generatoren werden nicht nur in Windkraftanlagen eingesetzt, sondern auch in einigen Industriemodellen, bei denen anstelle einer Erregerwicklung Permanentmagnete am Rotor verbaut sind. Der Vorteil von Lösungen mit Magneten liegt in der Möglichkeit, einen Generator mit niedrigen Nenndrehzahlen zu erhalten.
Die leitende Scheibe rotiert im Feld eines Permanentmagneten. Der durch die Scheibe fließende Strom interagiert mit dem Magnetfeld des Permanentmagneten und die Scheibe dreht sich.
Je größer der Strom, desto höher die Rotationsfrequenz der Scheibe, da das Drehmoment durch die Lorentzkraft erzeugt wird, die vom Magnetfeld eines Permanentmagneten auf sich bewegende geladene Teilchen im Inneren der Scheibe einwirkt. Im Wesentlichen handelt es sich bei einem solchen Messgerät um ein Messgerät mit geringer Leistung und einem Magneten am Stator.
Wird zur Messung schwacher Ströme verwendet – sehr empfindlich Messgeräte. Dabei interagiert ein Hufeisenmagnet mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule, die im Spalt zwischen den Polen eines Permanentmagneten hängt.
Die Auslenkung der Spule während des Messvorgangs erfolgt aufgrund des Drehmoments, das aufgrund der magnetischen Induktion entsteht, wenn Strom durch die Spule fließt. Somit ist die Auslenkung der Spule proportional zum Wert der resultierenden magnetischen Induktion im Spalt und dementsprechend zum Strom im Spulendraht. Bei kleinen Abweichungen ist die Galvanometerskala linear.
Sicherlich gibt es in Ihrer Küche eine Mikrowelle. Und es hat zwei Permanentmagnete. Zur Erzeugung des Mikrowellenbereichs wird eine Mikrowelle eingebaut. Im Inneren des Magnetrons bewegen sich Elektronen im Vakuum von der Kathode zur Anode, wobei ihre Flugbahn während der Bewegung so gebogen werden muss, dass die Resonatoren an der Anode stark genug angeregt werden.
Um die Flugbahn von Elektronen von oben und unten zu krümmen Vakuumkammer Das Magnetron ist mit Ringpermanentmagneten ausgestattet. Das Magnetfeld von Permanentmagneten krümmt die Flugbahnen der Elektronen, sodass ein starker Elektronenwirbel entsteht, der Resonatoren anregt, die wiederum elektromagnetische Wellen im Mikrowellenbereich erzeugen, um Lebensmittel zu erhitzen.
Damit der Festplattenkopf genau positioniert werden kann, müssen seine Bewegungen während des Schreib- und Lesevorgangs von Informationen sehr genau gesteuert und gesteuert werden. Wieder einmal kommt ein Permanentmagnet zur Rettung. Im Inneren der Festplatte bewegt sich im Magnetfeld eines feststehenden Permanentmagneten eine stromdurchflossene Spule, die mit dem Kopf verbunden ist.
Wenn Strom an die Kopfspule angelegt wird, drückt das Magnetfeld dieses Stroms die Spule je nach Wert stärker oder schwächer in die eine oder andere Richtung vom Permanentmagneten weg, sodass sich der Kopf zu bewegen beginnt, und zwar mit hoher Genauigkeit . Diese Bewegung wird von einem Mikrocontroller gesteuert.
Um die Energieeffizienz zu verbessern, werden in einigen Ländern mechanische Energiespeicher für Unternehmen gebaut. Hierbei handelt es sich um elektromechanische Wandler, die nach dem Prinzip der Ansammlung von Trägheitsenergie in Form der kinetischen Energie eines rotierenden Schwungrads arbeiten.
In Deutschland hat ATZ beispielsweise einen kinetischen Energiespeicher mit einer Kapazität von 20 MJ, einer Leistung von 250 kW und einer spezifischen Energieintensität von etwa 100 Wh/kg entwickelt. Bei einem Schwungradgewicht von 100 kg, rotierend mit einer Drehzahl von 6000 U/min, einer zylindrischen Struktur mit einem Durchmesser von 1,5 Metern waren hochwertige Lager erforderlich. Daher wurde das untere Lager natürlich auf Basis von Permanentmagneten hergestellt.
Studieren der Faraday-Scheibe und der sogenannten. „Faradaysches Paradox“, mehrere ausgegeben einfache Experimente und einige interessante Schlussfolgerungen gezogen. Zunächst einmal darüber, worauf Sie am meisten achten sollten, um die Prozesse, die in dieser (und ähnlichen) unipolaren Maschine ablaufen, besser zu verstehen.
Das Verständnis des Funktionsprinzips einer Faraday-Scheibe hilft auch zu verstehen, wie alle Transformatoren, Spulen, Generatoren, Elektromotoren (einschließlich eines unipolaren Generators und eines unipolaren Motors) usw. im Allgemeinen funktionieren.
In der Notiz gibt es Bilder und ausführliches Video Mit unterschiedliche Erfahrungen, die alle Schlussfolgerungen veranschaulicht ohne Formeln und Berechnungen, „an den Fingern“.
Alles Folgende ist ein Versuch des Verständnisses ohne Anspruch auf wissenschaftliche Zuverlässigkeit.
Richtung magnetischer Feldlinien
Die wichtigste Schlussfolgerung, die ich für mich selbst gezogen habe: Das Erste, worauf Sie immer achten sollten ähnliche Systeme- Das Magnetfeldgeometrie, Richtung und Konfiguration von Stromleitungen.
Nur die Geometrie der magnetischen Feldlinien, ihre Richtung und Konfiguration können Klarheit zum Verständnis der Prozesse bringen, die in einem unipolaren Generator oder unipolaren Motor, einer Faraday-Scheibe sowie jedem Transformator, jeder Spule, jedem Elektromotor, jedem Generator usw. ablaufen.
Für mich selbst habe ich den Wichtigkeitsgrad wie folgt verteilt: 10 % Physik, 90 % Geometrie(Magnetfeld), um zu verstehen, was in diesen Systemen passiert.
Alles wird im Video genauer beschrieben (siehe unten).
Es muss verstanden werden, dass die Faraday-Scheibe und der externe Stromkreis mit Schleifkontakten auf die eine oder andere Weise ein bekanntes Bild bilden rahmen- es wird durch einen Abschnitt der Scheibe von ihrer Mitte bis zum Verbindungspunkt mit dem Schleifkontakt an ihrem Rand gebildet, und außerdem gesamten externen Stromkreis(für Kontakte geeignete Leiter).
Richtung der Lorentzkraft, Ampere
Die Ampere-Kraft ist ein Sonderfall der Lorentz-Kraft (siehe Wikipedia).
Die beiden Bilder unten zeigen die Lorentzkraft, die auf positive Ladungen im gesamten Stromkreis („Rahmen“) im Feld eines Donutmagneten wirkt. für den Fall, dass der äußere Stromkreis starr mit der Kupferscheibe verbunden ist(d. h. wenn keine Schleifkontakte vorhanden sind und der externe Schaltkreis direkt auf die Platte gelötet ist).
1 Reis. - für den Fall, dass die gesamte Kette durch äußere mechanische Kraft („Generator“) rotiert.
2 Reis. - für den Fall, dass der Stromkreis versorgt wird D.C. von einer externen Quelle („Engine“).
Klicken Sie auf eines der Bilder, um es zu vergrößern.
Die Lorentzkraft manifestiert sich (Strom wird erzeugt) nur in Abschnitten des Stromkreises, die sich in einem Magnetfeld bewegen
Unipolarer Generator
Da also die Lorentz-Kraft, die auf die geladenen Teilchen einer Faraday-Scheibe oder eines unipolaren Generators wirkt, auf verschiedene Abschnitte des Stromkreises und der Scheibe entgegengesetzt wirkt, sollten (wenn möglich) nur diese Abschnitte des Stromkreises Strom von dieser Maschine erhalten in die Richtung in Bewegung setzen (drehen), in der die Lorentzkräfte zusammenfallen. Die übrigen Abschnitte müssen entweder stationär oder von der Kette ausgeschlossen sein, oder eindrehen die gegenüberliegende Seite .
Durch die Drehung des Magneten ändert sich die Gleichmäßigkeit des Magnetfelds um die Drehachse nicht (siehe letzter Abschnitt), daher spielt es keine Rolle, ob der Magnet steht oder rotiert (obwohl es keine idealen Magnete gibt, und Feldinhomogenität um Magnetisierungsachse durch unzureichende verursacht Magnetqualität, hat auch einen gewissen Einfluss auf das Ergebnis).
Dabei spielt es eine wichtige Rolle, welcher Teil des gesamten Stromkreises (einschließlich Versorgungsleitungen und Kontakte) rotiert und welcher stationär ist (da die Lorentzkraft nur im beweglichen Teil entsteht). Und am wichtigsten - in welchem Teil des Magnetfeldes wo sich der rotierende Teil befindet und aus welchem Teil der Scheibe der Strom entnommen wird.
Wenn die Scheibe beispielsweise weit über den Magneten hinausragt, kann in dem Teil der Scheibe, der über den Rand des Magneten hinausragt, ein Strom in entgegengesetzter Richtung zu dem Strom abgeführt werden, der in dem Teil der Scheibe abgeführt werden kann befindet sich direkt über dem Magneten.
Unipolarer Motor
Alles oben Gesagte zum Generator gilt auch für den „Motor“-Modus.
Wenn möglich, sollten die Teile der Scheibe mit Strom versorgt werden, in denen die Lorentzkraft in eine Richtung gerichtet ist. Diese Bereiche müssen frei gemacht werden, damit sie sich frei drehen und die Kette an den entsprechenden Stellen durch Anbringen von Schleifkontakten „unterbrechen“ können (siehe Bilder unten).
Die übrigen Bereiche sollten nach Möglichkeit entweder ausgeschlossen oder in ihrem Einfluss minimiert werden.
Video – Experimente und Schlussfolgerungen
Zeit unterschiedliche Bühnen Dieses Video:
3 Min. 34 Sek- erste Experimente
7 Min. 08 Sek- Worauf sollte man besonders achten und die Experimente fortsetzen?
16 Min. 43 Sek- Schlüsselerklärung
22 Min. 53 Sek- HAUPTERFAHRUNG
28 Min. 51 Sek- Teil 2, interessante Beobachtungen und weitere Experimente
37 Min. 17 Sek- fehlerhafter Abschluss eines der Experimente
41 Min. 01 Sek- über Faradays Paradoxon
Was wird von was abgestoßen?
Ein befreundeter Elektronikingenieur und ich diskutierten lange über dieses Thema und er äußerte eine Idee rund um das Wort „ stößt ab".
Die Idee, der ich zustimme, ist, dass, wenn etwas in Bewegung kommt, es von etwas ausgehen muss. Wenn sich etwas bewegt, dann bewegt es sich relativ zu etwas.
Vereinfacht ausgedrückt können wir sagen, dass ein Teil des Leiters (äußerer Stromkreis oder Scheibe) vom Magneten abgestoßen wird! Dementsprechend wirken abstoßende Kräfte auf den Magneten (durch das Feld). Andernfalls bricht das ganze Bild zusammen und verliert seine Logik. Informationen zur Magnetdrehung finden Sie im folgenden Abschnitt.
In den Bildern (zum Vergrößern anklicken) gibt es Optionen für den „Motor“-Modus.
Die gleichen Prinzipien gelten für den Generatormodus.
Hier findet eine Aktion-Reaktion zwischen zwei Haupt-„Teilnehmern“ statt:
Dementsprechend, wenn sich die Scheibe dreht, und Der Magnet ist stationär, dann findet eine Aktion-Reaktion zwischen statt Magnet und Teil der Festplatte .
Und wann Magnet dreht sich zusammen mit der Scheibe, dann findet eine Aktion-Reaktion dazwischen statt Magnet und äußerer Teil der Kette (feste Versorgungsleiter). Tatsache ist, dass die Drehung eines Magneten relativ zum äußeren Abschnitt des Kreises dieselbe ist wie die Drehung des äußeren Abschnitts des Kreises relativ zu einem stationären Magneten (jedoch in die entgegengesetzte Richtung). In diesem Fall ist die Kupferscheibe am „Abstoßungs“-Prozess nahezu nicht beteiligt.
Es stellt sich heraus, dass das Magnetfeld im Gegensatz zu den geladenen Teilchen eines Leiters (die sich darin bewegen können) starr mit dem Magneten verbunden ist. inkl. entlang eines Kreises um die Magnetisierungsachse.
Und noch eine Schlussfolgerung: Die Kraft, die zwei Permanentmagnete anzieht, ist keine mysteriöse Kraft senkrecht zur Lorentz-Kraft, sondern dies ist die Lorentz-Kraft. Es geht um die „Rotation“ von Elektronen und genau darum „ Geometrie„Aber das ist eine andere Geschichte...
Drehung eines bloßen Magneten
Am Ende des Videos gibt es ein lustiges Erlebnis und ein Fazit darüber, warum Teil Ein elektrischer Stromkreis kann in Rotation versetzt werden, ein Donut-Magnet kann jedoch in Rotation um die Magnetisierungsachse versetzt werden – das funktioniert nicht (bei einem stationären Gleichstromstromkreis).
Ein Leiter kann an Stellen reißen, die der Richtung der Lorentzkraft entgegengesetzt sind, aber ein Magnet kann nicht reißen
Tatsache ist, dass der Magnet und der gesamte Leiter (der äußere Stromkreis und die Scheibe selbst) ein verbundenes Paar bilden – zwei interagierende Systeme, von denen jedes geschlossen in dir selbst . Im Falle eines Dirigenten - geschlossen Stromkreis, bei einem Magneten sind die Kraftlinien „geschlossen“ Magnetfeld.
Gleichzeitig kann in einem Stromkreis ein Leiter physikalisch sein brechen ohne den Stromkreis selbst zu stören (durch Platzieren der Scheibe und Schleifkontakte), an den Stellen, an denen sich die Lorentz-Kraft in die entgegengesetzte Richtung „umdreht“, wodurch verschiedene Abschnitte des Stromkreises „losgelassen“ werden, um sich jeweils in ihre eigene Richtung, entgegengesetzt zueinander, zu bewegen (zu drehen) und die „Kette“ zu unterbrechen ” von Kraftlinien des Magnetfelds oder Magneten, so dass verschiedene Abschnitte des Magnetfelds einander „nicht interferierten“ – scheinbar unmöglich (?). Es scheint, dass bisher noch kein Anschein von „Schleifkontakten“ für ein Magnetfeld oder einen Magneten erfunden wurde.
Daher entsteht bei der Rotation eines Magneten ein Problem – sein Magnetfeld ist ein integrales System, das immer in sich geschlossen und untrennbar mit dem Körper des Magneten verbunden ist. Darin kompensieren sich entgegengesetzte Kräfte in Bereichen, in denen das Magnetfeld multidirektional ist, gegenseitig und lassen den Magneten bewegungslos zurück.
Dabei, Arbeit Lorentz- und Ampere-Kräfte in einem stationären festen Leiter im Feld eines Magneten führen offenbar nicht nur zur Erwärmung des Leiters, sondern auch zu Verzerrung magnetischer Feldlinien Magnet.
ÜBRIGENS! Es wäre interessant, ein Experiment durchzuführen, bei dem man durch einen stationären Leiter geht, der sich im Feld eines Magneten befindet riesige Strömung, und sehen Sie, wie der Magnet reagiert. Wird sich der Magnet erwärmen, entmagnetisieren oder vielleicht einfach in Stücke zerbrechen (und dann frage ich mich – an welchen Stellen?).
All das ist ein Versuch des Verstehens ohne Anspruch auf wissenschaftliche Zuverlässigkeit.
Fragen
Was noch nicht ganz klar ist und einer Überprüfung bedarf:
1. Ist es immer noch möglich, einen Magneten unabhängig von der Scheibe rotieren zu lassen?
Wenn man sowohl der Scheibe als auch dem Magneten Gelegenheit gibt, frei unabhängig voneinander drehen drehen und über die Schleifkontakte Strom an die Scheibe anlegen, drehen sich dann sowohl die Scheibe als auch der Magnet? Und wenn ja, in welche Richtung dreht sich der Magnet? Das Experiment erfordert eine große Neodym-Magnet- Ich habe es noch nicht. Bei einem normalen Magneten ist die magnetische Feldstärke nicht ausreichend.
2. Drehung verschiedene Teile Scheibe in verschiedene Richtungen
Wenn es frei geschieht unabhängig voneinander rotieren und von einem stationären Magneten - dem zentralen Teil der Scheibe (über dem „Donut-Loch“ des Magneten), dem mittleren Teil der Scheibe sowie dem Teil der Scheibe, der über den Rand des Magneten hinausragt, und Strom anlegen durch die Schleifkontakte (einschließlich der Schleifkontakte zwischen diesen rotierenden Teilen der Scheibe) – drehen sich der mittlere und der äußere Teil der Scheibe in eine Richtung und der mittlere Teil in die entgegengesetzte Richtung?
3. Lorentzkraft im Inneren eines Magneten
Wirkt die Lorentzkraft auf Teilchen im Inneren eines Magneten, dessen Magnetfeld durch äußere Kräfte verzerrt wird?
Wie bereits gezeigt, ist einer der wichtigsten Vorteile von Mehrphasensystemen die Erzeugung eines rotierenden Magnetfelds mithilfe stationärer Spulen, auf der der Betrieb von Wechselstrommotoren basiert. Wir beginnen unsere Betrachtung dieses Problems mit der Analyse des Magnetfelds einer Spule mit sinusförmigem Strom.
Magnetfeld einer Spule mit sinusförmigem Strom
Wenn ein sinusförmiger Strom durch die Wicklung einer Spule fließt, entsteht ein Magnetfeld, dessen Induktionsvektor sich entlang dieser Spule ebenfalls gemäß einem Sinusgesetz ändert. Die momentane Ausrichtung des magnetischen Induktionsvektors im Raum hängt davon ab die Wicklung der Spule und die momentane Richtung des Stroms darin und wird durch die rechte Bohrerregel bestimmt. Also für den in Abb. In 1 ist der magnetische Induktionsvektor entlang der Spulenachse nach oben gerichtet. Nach einer halben Periode, wenn der Strom bei gleicher Stärke sein Vorzeichen in das entgegengesetzte ändert, ändert der magnetische Induktionsvektor bei gleichem Absolutwert seine Orientierung im Raum um 1800. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten ist das Magnetfeld einer Spule mit einem sinusförmigen Strom bezeichnet wird pulsierend.
Kreisförmiges rotierendes Magnetfeld von Zwei- und Dreiphasenwicklungen
Ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld ist ein Feld, dessen magnetischer Induktionsvektor, ohne sich in der Größe zu ändern, mit einer konstanten Kreisfrequenz im Raum rotiert.
Um ein kreisförmiges Drehfeld zu erzeugen, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein:
Die Achsen der Spulen müssen um einen bestimmten Winkel relativ zueinander im Raum verschoben sein (für ein Zweiphasensystem - um 90 0, für ein Dreiphasensystem - um 120 0).
Die die Spulen speisenden Ströme müssen entsprechend der räumlichen Verschiebung der Spulen in der Phase verschoben werden.
Betrachten wir den Erhalt eines kreisförmigen rotierenden Magnetfelds im Fall eines zweiphasigen Tesla-Systems (Abb. 2,a).
Wenn harmonische Ströme durch die Spulen geleitet werden, erzeugt jede von ihnen gemäß dem oben Gesagten ein pulsierendes Magnetfeld. Vektoren und, die diese Felder charakterisieren, sind entlang der Achsen der entsprechenden Spulen gerichtet, und auch ihre Amplituden ändern sich nach einem harmonischen Gesetz. Wenn der Strom in Spule B dem Strom in Spule A um 90 0 nacheilt (siehe Abb. 2,b), dann .
Finden wir die Projektionen des resultierenden magnetischen Induktionsvektors auf die x- und y-Achsen des kartesischen Koordinatensystems, die den Achsen der Spulen zugeordnet sind:
Der Modul des resultierenden magnetischen Induktionsvektors gemäß Abb. 2.v ist gleich
Die resultierenden Beziehungen (1) und (2) zeigen, dass der Vektor des resultierenden Magnetfelds in seiner Größe unverändert ist und sich mit einer konstanten Kreisfrequenz im Raum dreht und dabei einen Kreis beschreibt, der einem kreisförmigen Drehfeld entspricht.
Zeigen wir, dass ein symmetrisches dreiphasiges Spulensystem (siehe Abb. 3, a) es auch ermöglicht, ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld zu erhalten.
Jede der Spulen A, B und C erzeugt beim Durchströmen harmonischer Ströme ein pulsierendes Magnetfeld. Das Vektordiagramm im Raum für diese Felder ist in Abb. dargestellt. 3, geb. Für Projektionen des resultierenden magnetischen Induktionsvektors auf
Es können Achsen des kartesischen Koordinatensystems geschrieben werden, deren y-Achse mit der magnetischen Achse der Phase A ausgerichtet ist
Die angegebenen Beziehungen berücksichtigen die räumliche Anordnung der Spulen, sie werden aber auch von einem Drehstromsystem mit einer temporären Phasenverschiebung von 1200 gespeist. Daher gelten die Beziehungen für die Momentanwerte der Spuleninduktionen
;
;.
Wenn wir diese Ausdrücke in (3) und (4) einsetzen, erhalten wir:
|
|
Gemäß (5) und (6) und Abb. 2.c für die Größe des magnetischen Induktionsvektors des resultierenden Feldes von drei Spulen mit Strom kann geschrieben werden:
,
und der Vektor selbst bildet mit der x-Achse einen Winkel a, für den
,
Also, in in diesem Fall Es gibt einen konstanten magnetischen Induktionsvektor, der mit konstanter Kreisfrequenz im Raum rotiert, was einem kreisförmigen Feld entspricht.
Magnetfeld in Elektroauto
Um das Magnetfeld in einer elektrischen Maschine zu verstärken und zu konzentrieren, wird für diese ein Magnetkreis geschaffen. Eine elektrische Maschine besteht aus zwei Hauptteilen (siehe Abb. 4): einem stationären Stator und einem rotierenden Rotor, jeweils in Form von Hohl- und Vollzylindern.
Auf dem Stator befinden sich drei identische Wicklungen, deren magnetische Achsen entlang der Bohrung des Magnetkerns um 2/3 der Polteilung verschoben sind, deren Wert durch den Ausdruck bestimmt wird
,
Dabei ist der Radius der Magnetkernbohrung und p die Anzahl der Polpaare (die Anzahl der äquivalenten rotierenden Permanentmagnete, die ein Magnetfeld erzeugen – im in Abb. 4 gezeigten Fall ist p = 1).
In Abb. 4 durchgezogene Linien (A, B und C) markieren die positiven Richtungen der pulsierenden Magnetfelder entlang der Achsen der Wicklungen A, B und C.
Unter der Annahme, dass die magnetische Permeabilität von Stahl unendlich groß ist, konstruieren wir eine Verteilungskurve der magnetischen Induktion im Luftspalt der Maschine, der durch die Wicklung der Phase A erzeugt wird, für einen bestimmten Moment t (Abb. 5). Bei der Konstruktion berücksichtigen wir, dass sich die Kurve an den Stellen der Spulenseiten sprunghaft ändert und in stromlosen Bereichen horizontale Abschnitte entstehen.
Z 
Ersetzen wir diese Kurve durch eine Sinuskurve (es ist zu beachten, dass bei realen Maschinen aufgrund der entsprechenden Auslegung der Phasenwicklungen für das resultierende Feld ein solcher Ersatz mit sehr kleinen Fehlern verbunden ist). Wenn wir die Amplitude dieser Sinuskurve für die ausgewählte Zeit t gleich VA nehmen, schreiben wir
|
|
;|
|
.Nachdem wir die Beziehungen (10)…(12) zusammengefasst haben und dabei die Tatsache berücksichtigen, dass die Summe der letzten Terme auf ihrer rechten Seite identisch Null ist, erhalten wir für das resultierende Feld entlang des Luftspalts der Maschine den Ausdruck
Das ist die Wanderwellengleichung.
Die magnetische Induktion ist konstant, wenn 
. Wenn Sie also gedanklich einen bestimmten Punkt im Luftspalt auswählen und ihn mit einer Geschwindigkeit entlang der Magnetkernbohrung bewegen
,
dann bleibt die magnetische Induktion für diesen Punkt unverändert. Dies bedeutet, dass sich die magnetische Induktionsverteilungskurve im Laufe der Zeit, ohne ihre Form zu ändern, entlang des Umfangs des Stators bewegt. Daher rotiert das resultierende Magnetfeld mit konstanter Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit wird üblicherweise in Umdrehungen pro Minute ermittelt:
.
Funktionsprinzip von Asynchron- und Synchronmotoren
Gerät Asynchronmotor entspricht dem Bild in Abb. 4. Das rotierende Magnetfeld, das von den stromdurchflossenen Wicklungen am Stator erzeugt wird, interagiert mit den Rotorströmen und veranlasst ihn, sich zu drehen. Aufgrund seiner Einfachheit und Zuverlässigkeit wird derzeit am häufigsten ein Asynchronmotor mit Käfigläufer verwendet. In die Nuten des Rotors einer solchen Maschine werden stromführende Kupfer- oder Aluminiumstäbe eingelegt. Die Enden aller Stäbe an beiden Enden des Rotors sind durch Kupfer- oder Aluminiumringe verbunden, die die Stäbe kurzschließen. Daher erhielt der Rotor seinen Namen.
Unter dem Einfluss der EMK, die durch das Drehfeld des Stators verursacht wird, entstehen Wirbelströme in der kurzgeschlossenen Rotorwicklung. Durch die Wechselwirkung mit dem Feld drehen sie den Rotor mit einer Geschwindigkeit, die wesentlich niedriger ist als die Rotationsgeschwindigkeit des Feldes 0. Daher der Name der Engine – asynchron.
Größe
angerufen relativer Schlupf. Für Standardmotoren S=0,02…0,07. Die Ungleichheit der Geschwindigkeiten des Magnetfelds und des Rotors wird deutlich, wenn man berücksichtigt, dass das rotierende Magnetfeld die stromdurchflossenen Stäbe des Rotors nicht kreuzt und daher keine Ströme an der Erzeugung des Drehmoments beteiligt sind in ihnen induziert.
Der grundlegende Unterschied zwischen einem Synchronmotor und einem Asynchronmotor besteht in der Konstruktion des Rotors. Letzteres ist bei einem Synchronmotor ein Magnet, der (bei relativ geringen Leistungen) auf Basis eines Permanentmagneten oder auf Basis eines Elektromagneten hergestellt wird. Da sich entgegengesetzte Pole von Magneten anziehen, zieht das rotierende Magnetfeld des Stators, der als rotierender Magnet interpretiert werden kann, den magnetischen Rotor entlang, und ihre Geschwindigkeiten sind gleich. Dies erklärt den Namen des Motors – synchron.
Zusammenfassend stellen wir fest, dass es im Gegensatz zu einem Asynchronmotor, der normalerweise 0,8...0,85 nicht überschreitet, mit einem Synchronmotor möglich ist, einen höheren Wert zu erreichen und ihn sogar so zu gestalten, dass der Strom der Spannung phasengleich voreilt. In diesem Fall wird wie bei Kondensatorbatterien eine Synchronmaschine zur Verbesserung des Leistungsfaktors eingesetzt.
Literatur
Grundlagen Schaltungstheorie: Lehrbuch. für Universitäten / G.V. Zeveke, P.A. Netushil, S.V. –5. Auflage, überarbeitet. –M.: Energoatomizdat, 1989. -528 S.
Bessonov L.A. Theoretische Basis Elektrotechnik: Stromkreise. Lehrbuch für Studierende der Fachrichtungen Elektrotechnik, Energietechnik und Instrumententechnik an Universitäten. –7. Auflage, überarbeitet. und zusätzlich –M.: Höher. Schule, 1978. –528 S.
Theoretisch Grundlagen der Elektrotechnik. Lehrbuch für Universitäten. In drei Bänden. Hrsg. K. M. Polivanova. T.1. K. M. Polivanov. Lineare Stromkreise mit konzentrierten Konstanten. –M.: Energia- 1972. –240 S.
Kontrollfragen
Welches Feld nennt man pulsierend?
Welche Art von Feld wird als rotierendes Kreisfeld bezeichnet?
Welche Bedingungen sind notwendig, um ein kreisförmiges rotierendes Magnetfeld zu erzeugen?
Was ist das Funktionsprinzip eines Asynchronmotors mit Käfigläufer?
Was ist das Funktionsprinzip eines Synchronmotors?
Mit welchen Synchrongeschwindigkeiten werden in unserem Land allgemeine industrielle Wechselstrommotoren hergestellt?