電機與拖動基礎(chǔ)課件：第6章-2 交流旋轉(zhuǎn)電機

1、第六章6.3 交流電機電樞單相繞組的磁通勢 6.4 三相電樞繞組產(chǎn)生的磁通勢16.3交流電機電樞單相繞組的磁動勢對于交流電機來說，無論是發(fā)電機還是電動機，當電樞繞組流過電流時，都要產(chǎn)生磁動勢。什么是磁動勢？三相交流電機的每相繞組在定子上的空間位置不一樣，它們流過的交流電流的相位也不相同，產(chǎn)生的磁動勢的大小、波形和性質(zhì)（脈振還是旋轉(zhuǎn)）等，都需要分析。某個瞬時繞組在空間的位置，也就是該繞組內(nèi)電流在空間的分布情況，即由該電流產(chǎn)生的磁動勢的空間分布情況；不同時間里，繞組里的電流大小不同，使得產(chǎn)生的磁動勢在同一空間位置隨時間不同而變化。交流繞組產(chǎn)生的磁動勢，既是空間函數(shù)，又是時間函數(shù)。在分析電樞繞組產(chǎn)生

2、的磁動勢時，先討論簡單的一個線圈產(chǎn)生的磁動勢，接著依次討論線圈組、單相繞組和三相繞組的磁動勢。繞組里的全電流，或安培數(shù)。F=NI（安匝）2各磁回路的磁動勢為iNy，作用于整個磁路上，但可看成集中在氣隙里。故每個磁極的磁動勢大小為iNy /2。6.3.1整距線圈的磁動勢XA電動勢 電流 電路 電磁感應定律磁動勢 磁通 磁路 安培環(huán)路定律定子轉(zhuǎn)子直角坐標放在定子上，坐標原點選在線圈的軸線上，橫坐標為空間電角度a（逆時針方向），縱坐標用fy表示線圈磁動勢大小。規(guī)定電流從線圈X端流進（用表示），A端流出（用表示）為正電流方向；磁動勢從定子到轉(zhuǎn)子為正方向。0展開剖開AXA0某個瞬間3總磁動勢為iNy，一

3、半降落在AX段氣隙里，一半降落在XA段氣隙中。整距線圈產(chǎn)生的磁動勢，沿定子內(nèi)表面氣隙空間的分布為正負各半周的矩形波，幅值為iNy /2。整距線圈產(chǎn)生的在空間呈矩形波分布的磁動勢，其大小由電流大小決定。當電流i按正弦規(guī)律變化時，磁動勢的大小也隨之按正弦規(guī)律變化，稱為脈振波。磁動勢波交變的頻率與電流頻率一致。6.3.1整距線圈的磁動勢AXA0當電流i為直流電？方波電流？轉(zhuǎn)子磁場？轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速？4定子轉(zhuǎn)子fy0a展開方向AXAayf-p/2p/23p/2iNy/2211X2A1A1X12AX2某瞬時四極電機產(chǎn)生的磁動勢多極繞組的電機只研究其每對極磁動勢即可。整距線圈通電流產(chǎn)生的磁通勢極數(shù)與電機的極數(shù)一致

4、。反過來理解電機極數(shù)？52.磁動勢展開空間矩形分布的脈振磁動勢，可以用傅里葉級數(shù)展開成無窮多個空間正弦分布的磁動勢，每個正弦分布的磁動勢同時隨時間正弦變化。整距線圈的基波磁動勢為6ImNy/2ImNy/2-4p五次三次基波afy基波與各次諧波磁動勢的特點（1）基波及各次諧波磁動勢的最大幅值最大幅值發(fā)生在wt=0時（2）基波及各諧波磁通勢的極對數(shù)7（3）基波及各次諧波磁動勢幅值隨時間變化的關(guān)系基波及各次諧波磁動勢幅值都隨時間按電流的變化規(guī)律（coswt）而變化，即在時間上都為脈振波。83.基波脈振磁通勢 t為時間電角度，為空間位置電角度。在某個瞬時，磁動勢的最大幅值在什么位置出現(xiàn)？隨著時間的增加

5、，t增大，如何尋找磁動勢波的最大幅值點？t-=0，cos(t-)= 1，則得到磁通勢的幅值。最大幅值點朝著+的方向運動，行波（旋轉(zhuǎn)波）角速度為。第二項也是行波，朝著-的方向，角速度為。-Fy1123p/2129一個基波脈振磁通勢波可以分解成兩個速率相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢波。旋轉(zhuǎn)波的波長與脈振波的波長完全相等，空間也是正弦分布；旋轉(zhuǎn)波的幅值是原脈振波幅值的一半，旋轉(zhuǎn)波的旋轉(zhuǎn)角速度等于脈振波的脈振角頻率w。當兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢正好轉(zhuǎn)到相互重合的位置時，脈振磁動勢達到最大值。脈振磁動勢特征是磁動勢的軸線在空間固定不動，各點磁動勢的大小則隨著時間而變化。w=？10空間矢量一個在空間按余弦規(guī)律分布的（旋

6、轉(zhuǎn)）磁動勢波，可以用一個空間矢量 來表示。矢量的長度代表該磁動勢的幅值，矢量的位置代表該磁動勢波正幅值所在的位置。aw0Ffa1a=0a1F.w電動勢emf時間相量長度為有效值11脈振磁通勢分成兩個旋轉(zhuǎn)磁通勢脈振磁動勢空間矢量的位置不變，即正幅值的位置不變。但是空間矢量的長度即幅值大小隨時間而變化。旋轉(zhuǎn)磁動勢正幅值位置隨時間而變化，大小不變。FFFFFFFFF60oFFF60o126.3.2單相雙層短距線圈磁動勢tty11122a1122a0fy13依縱、橫坐標對稱，作傅里葉級數(shù)展開，只含有奇次的余弦項整距線圈 雙層短距線圈 基波磁通勢的基波短距系數(shù)與基波電動勢的基波短距系數(shù)完全一樣。1.雙層

7、短距線圈每極基波磁通勢要乘上基波短距系數(shù)。2.雙層短距線圈一對極下有兩個線圈，故為整距線圈的兩倍。14單層分布線圈組的磁動勢單層分布線圈組每個匝數(shù)相同的線圈里通以相同電流時，每個線圈產(chǎn)生的磁動勢大小相同，只是其磁動勢在空間的位置不同。 q個線圈組的基波磁通勢最大振幅為三個線圈的基波磁通勢在空間位置上相差1電角度。n次諧波磁通勢最大振幅為156.3.4分布短距對磁通勢的影響為改善電機性能，希望盡可能削弱諧波磁通勢；基波繞組系數(shù)比各次諧波繞組系數(shù)大，即短距、分布對基波磁通勢削弱的少，對諧波磁通勢削弱的多；一般取線圈y=0.8左右，以削弱五，七次諧波；166.3.5單相繞組的磁動勢相繞組的磁動勢是指

8、氣隙中的合成磁動勢，也就是每一對磁極下對應的各個線圈組所產(chǎn)生的合成磁動勢。單相繞組基波及各次諧波磁通勢是一個脈振磁動勢：磁動勢軸線（即磁動勢幅值所在位置）在空間固定不動，而空間各點磁動勢的大小則隨著時間在變化；其中基波磁動勢在氣隙空間按cos分布，其振幅隨時間按cost變化，最大振幅值為Ff1；振幅所在空間位置不變，且位于稱為單相繞組的軸線處。各次磁動勢的最大幅值為是每相繞組串聯(lián)匝數(shù)176.4三相電樞繞組產(chǎn)生的磁動勢三相對稱繞組（空間相差120o電角度）每一相用一個等效整距線圈來代替。標出每一相電流的正方向。三相對稱繞組中通入三相對稱電流。AYCBZX+A0a各相基波磁動勢+A+C+BAXBY

9、ZCAa+A2p/34p/3都是脈振波186.4.1基波磁動勢每相脈振磁動勢都可以分解成一個正轉(zhuǎn)和一個反轉(zhuǎn)的磁通勢；三相的正轉(zhuǎn)磁通勢相互疊加，而反轉(zhuǎn)磁通勢相互抵消。19三相合成基波磁動勢三相合成基波磁動勢是個行波，或稱為旋轉(zhuǎn)磁通勢。其幅值朝著+a方向以角速度w（或轉(zhuǎn)速為n1=60f/p）同步旋轉(zhuǎn)。幅值F1的端點的軌跡是個圓，所以叫圓形旋轉(zhuǎn)磁通勢。所謂同步轉(zhuǎn)速也就是三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速。 某瞬時三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值的位置？20公式法當wt=0o，三相合成基波磁動勢幅值F1在a=0o處，即A相繞組軸線+A處。此時A相電流為正的最大值。當wt=120o，三相合成基波磁動勢幅值F1在a=

10、120o處，即B相繞組軸線+B處。此時B相電流為正的最大值。某瞬時三相合成基波磁動勢的幅值所在處的空間電角度a=wt。當某相電流達正最大值時，三相合成基波磁動勢的幅值位于該相繞組的軸線處。（注意此結(jié)論滿足的條件）笨辦法21作圖法（空間矢量圖反映的是某個瞬時的旋轉(zhuǎn)磁動勢矢量的大小和位置）步驟：1.畫出三相繞組軸線，定好坐標原點和a正向；2. 畫出各相脈振磁動勢的兩個分解旋轉(zhuǎn)磁動勢；3.根據(jù)所要求的時刻倒推兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢分量位置4.根據(jù)矢量疊加原則定出合成磁動勢矢量大小和位置。+A+C+Ba=0o畫出wt=0o時三相合成磁動勢矢量FAFAF1畫出wt=60o時+A+Ba=0oFAFAFAF1FA+

11、C22三相繞組的基波合成磁動勢特點對稱的三相繞組內(nèi)通以對稱的三相電流時，三相合成磁動勢的基波是一個正弦分布、幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，其幅值為每相脈振磁動勢幅值的3/2倍。三相合成基波磁動勢的轉(zhuǎn)向由電流相序決定，從電流領(lǐng)先相向滯后相旋轉(zhuǎn)。改變?nèi)嗬@組中電流的相序就可以改變旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向，為此只要把接到電機的三根饋電線中任意對調(diào)兩根就可以改變轉(zhuǎn)向。三相合成基波磁動勢相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速： 或者旋轉(zhuǎn)電角速度等于電流隨時間交變的角頻率w。當某相電流達到正最大值時，三相合成基波旋轉(zhuǎn)磁通勢幅值正好位于該相繞組的軸線上。（ABC）23AYCBZXAXBYCZ三相繞組的基波合成磁動勢AXYCBZ合成磁場方向：向下+A+B+C24XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：NN電流在時間上經(jīng)過多少度，合成磁動勢基波就在空間上轉(zhuǎn)過同一數(shù)值的電角度。25旋轉(zhuǎn)磁勢26旋轉(zhuǎn)磁勢276.4.2三相的三次諧波磁勢各相三次諧波磁通勢空間位置相同，由于三相電流時間上相差120o電角度，使得三相三次諧波磁通勢互相抵消為0。三的倍數(shù)次諧波，如九次等的磁動勢都為0。其他五、七次諧波磁動勢，可采用短距，分布繞組使之削弱到很小。三相繞組產(chǎn)生的磁動勢，可以忽略諧波，后面分析異步電機時的磁動勢均指基波。各相有三次諧波磁通勢三相合成的三次諧波磁通勢28例題6-5已