Language
Country/Area
No result found
Тайна вращающегося магнитного поля: кто открыл это удивительное явление?
Вращающееся магнитное поле (ВМП) — это магнитное поле, создаваемое системой симметрично расположенных катушек, питаемых многофазным током. Вращающееся магнитное поле может быть создано многофазным (двумя и более) током или, в случае однофазного тока, двумя катушками, спроектированными с разностью фаз. Это явление имеет широкий спектр применения, особенно в области электротехники, такой как асинхронные двигатели, генераторы и индукционные регуляторы.
В 1824 году французский физик Франсуа Араго впервые предположил существование вращающегося магнитного поля в эксперименте с использованием вращающегося медного диска и иглы, который он назвал «вращением Араго».
История вращающихся магнитных полей восходит к 19 веку, когда несколько ученых изучали это явление. Британские экспериментаторы Чарльз Бэббидж и Джон Гершель обнаружили, что они могут заставить медную пластину Араго вращаться, просто вращая под ней подковообразный магнит. Позднее британский ученый Майкл Фарадей объяснил это явление электромагнитной индукцией.
В 1879 году британский физик Уолтер Бейли продемонстрировал примитивный асинхронный двигатель, заменив подковообразный магнит четырьмя электромагнитами и вручную переключая переключатель. Это нововведение заложило основу для последующих исследований вращающихся магнитных полей.
Концепция вращающегося магнитного поля в двигателе переменного тока была широко исследована в 1780-х годах итальянским физиком и электротехником Галилео Феррарисом и сербско-американским изобретателем Николой Теслой. В 1885 году Феррарис построил учебную демонстрационную модель, хотя публично описал принцип ее работы лишь в 1888 году. В 1887 году Тесла построил успешный прототип и в 1888 году получил патент США.
Основываясь на принципе вращающегося магнитного поля Феррариса, Фридрих Август Хазельванд в 1887 году разработал первый трехфазный генератор переменного тока. Позднее Михаил Доливо-Добровольский разработал первый трехфазный источник электроэнергии с использованием генератора Хейзелванда, а в 1891 году построил первую в мире трехфазную электростанцию во Франкфурте, Германия.
Как работает вращающееся магнитное поле
Вращающиеся магнитные поля являются ключевым принципом работы индукционных машин. Асинхронный двигатель состоит из статора и ротора. В статоре неподвижные катушки расположены определенным образом, так что магнитное поле, создаваемое двухфазным током, вращается с угловой скоростью, определяемой частотой переменного тока. Ротор состоит из катушек, намотанных вдоль пазов, которые замкнуты накоротко и в которых индуцируется ток за счет изменяющегося магнитного потока, создаваемого статором.
Хотя для создания симметричного вращающегося магнитного поля необходимы всего две катушки, сдвинутые по фазе на 90 градусов, на практике для создания симметричной трехфазной системы переменного синусоидального тока почти всегда используются три набора катушек. Разность фаз между этими тремя наборами катушек составляет 120 градусов. В этом случае магнитное поле рассматривается как линейная функция, и три синусоидальные волны с разностью фаз 120 градусов применяются для формирования вращающегося вектора с постоянной величиной.Что касается ротора, первоначально созданный магнитный поток будет реагировать на магнитные полюса статора, заставляя ротор вращаться в определенном направлении.
В этом вращающемся магнитном поле ротор будет продолжать поддерживать постоянное магнитное поле и будет двигаться синхронно с магнитным полем статора. Когда постоянный магнит помещается в это магнитное поле, он сохраняет выравнивание с внешним полем. Этот эффект использовался в ранних двигателях переменного тока.
Современные приложения и разработки
Применение вращающихся магнитных полей теперь не ограничивается электродвигателями. Современные асинхронные двигатели часто имеют короткозамкнутые роторы вместо магнитов, что позволяет ротору следовать за вращающимся магнитным полем многообмоточного статора. Короткозамкнутые катушки на роторе этого типа двигателя создают вихревые токи во вращающемся магнитном поле статора, которые, в свою очередь, генерируют силу Лоренца, приводящую в движение ротор. Эта революционная конструкция делает современные двигатели с вращающимся магнитным полем более эффективными и надежными.
Хотя принципы вращающихся магнитных полей неподвластны времени, а технология продолжает совершенствоваться, первооткрыватели и их вклад в эту область по-прежнему вызывают споры и разногласия. Оглядываясь на эту историю, полную инноваций и упорного труда, можем ли мы четко определить, кто был первым первооткрывателем, раскрывшим тайну вращающегося магнитного поля?
