第11章-交流电枢绕组的磁动势.ppt

第十一章第十一章 交流交流电电枢枢绕组绕组的磁的磁动势动势本章重点本章重点讨论讨论的的问题问题:单单相相绕组绕组磁磁动势动势脉振磁脉振磁动势动势 三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势旋旋转转磁磁动势动势要求：要求：1.掌握磁掌握磁动势动势的理的理论论分析及公式；分析及公式；2.掌握掌握产产生各磁生各磁势势的条件及特点；的条件及特点；3.了解用三角函数和向量来表示磁了解用三角函数和向量来表示磁动势动势。1.磁磁动势动势分析推分析推导过导过程程线线圈圈的的磁磁动动势势线线圈圈组组的的磁磁动动势势单单相相绕绕组组的的磁磁动动势势短距系数短距系数分布系数分布系数三三相相绕绕组组的的磁磁动动势势合成合成2.11-1 单层单层集中整距集中整距绕组绕组的一相磁的一相磁动势动势 交流交流电电机模型机模型图图（A相相集中集中绕组绕组）3.1.磁磁动势动势表示方法表示方法单单个个线线圈圈产产生磁生磁动势图动势图线线圈中通入圈中通入电电流流(i0)所所产产生的磁生的磁场场分布分布图图4.线线圈磁圈磁动势动势的空的空间间分布分布 在定子内在定子内圆圆表面建立空表面建立空间间坐坐标标，以，以A相相绕组轴线绕组轴线与与定子内表面的交点作定子内表面的交点作为为空空间间坐坐标标的原点，用空的原点，用空间电间电角角度度表示。把气隙表示。把气隙圆圆周展成直周展成直线线，让让横坐横坐标标表示沿气隙表示沿气隙圆圆周方向的空周方向的空间间距离。距离。转转子子定子定子5.正磁正磁势规势规定：定：磁感磁感应线应线方向是出定子方向是出定子进转进转子子为为正正值值。结论结论：通入通入电电流的流的线线圈，它所圈，它所产产生的气隙磁生的气隙磁动势动势沿沿圆圆周分布是一个周分布是一个矩形波矩形波，在通，在通电电流的流的线线圈圈处处，气隙磁，气隙磁动势发动势发生突跳。生突跳。不不计铁计铁心磁心磁压压降，每个空气隙所消耗的磁降，每个空气隙所消耗的磁动势动势等等于整个磁路磁于整个磁路磁动势动势的一半，的一半，为为 Nki/2，即：，即：6.2.用傅里叶用傅里叶级级数分解矩形波磁数分解矩形波磁动势动势 转转子子定子定子3次次谐谐波波5次次谐谐波波7.结论结论:1、基波磁、基波磁动势动势的幅的幅值为值为4fk/，是矩形波磁，是矩形波磁动势动势幅幅 值值的的4/倍；倍；谐谐波磁波磁动势动势幅幅值为值为基波幅基波幅值值的的1/倍；倍；2、基波磁、基波磁动势动势波波长长与原矩形波与原矩形波长长一一样样，磁极，磁极对对数亦数亦相同；相同；谐谐波的波波的波长为长为基波的基波的1/，极，极对对数数为为基波的基波的倍。倍。3、a=0处为处为各次各次谐谐波幅波幅值处值处。8.3.线线圈中通入交圈中通入交变电变电流流产产生脉振磁生脉振磁动势动势脉振磁脉振磁动势动动势动画画 当当线线圈圈电电流交流交变时变时，线线圈磁圈磁势势在空在空间间上沿气隙分上沿气隙分布仍是矩形波，而且布仍是矩形波，而且轴线轴线固定不固定不动动，但其幅，但其幅值值在在时时间间上按余弦上按余弦规规律律变变化，也就是化，也就是说说整个磁整个磁势势波不能移波不能移动动而只能脉振。而只能脉振。线线圈中圈中电电流表达式流表达式矩形波的幅矩形波的幅值值大小大小 将矩形波分解将矩形波分解为为基波和各次基波和各次谐谐波。波。9.1）基波磁）基波磁动势动势 式中式中 为为基波磁基波磁动势动势的最大振幅，的最大振幅，FK1cost是基波磁是基波磁动势动势的振幅。的振幅。2）3次次谐谐波磁波磁动势动势10.3）5次次谐谐波磁波磁动势动势矩形波磁矩形波磁势势可表示可表示为为：11.结论结论：1)单单个个线线圈当通入交流圈当通入交流电电流流时时所所产产生的磁生的磁动势动势波是波是一个一个在空在空间间按矩形波分布、波的位置在空按矩形波分布、波的位置在空间间不不动动、但、但波幅的大小和正波幅的大小和正负负随随时间时间在在变变化化的磁的磁动势动势波，称波，称该该种种磁磁动势为动势为脉振磁脉振磁势势。2)线线圈磁圈磁势势除包含基波磁除包含基波磁势势外，外，还还包含有包含有 3、5、7 等等谐谐波磁波磁势势分量分量。3)基波和基波和谐谐波磁波磁势势既是空既是空间间函数又是函数又是时间时间函数，振函数，振幅均在幅均在a=0处处。12.线线圈磁圈磁场场模模拟拟分布分布图图13.4.脉振磁脉振磁动势动势分解分解为为两个旋两个旋转转磁磁动势动势 整距整距线线圈通入交流圈通入交流电产电产生基波脉振磁生基波脉振磁势为势为：由由积积化和差公式可将化和差公式可将 分解分解为为两个三角式之和：两个三角式之和：脉振磁脉振磁动势动势分解分解动动画画14.结论结论：1)一个脉振磁一个脉振磁动势动势波，可分解波，可分解为为两个波两个波长长与原脉振与原脉振波完全相同，分波完全相同，分别别朝相反方向旋朝相反方向旋转转的旋的旋转转波，旋波，旋转转角速度（角速度（）与脉振波的脉振）与脉振波的脉振频频率（率（f）有关，每个）有关，每个旋旋转转波的幅波的幅值值是原脉振波的一半。是原脉振波的一半。2)当当线线圈中圈中电电流流为为正的最大正的最大值时值时，脉振波的波幅，脉振波的波幅为为正的最大正的最大值值，此，此时时两个旋两个旋转转波的正波幅正好波的正波幅正好转转到到=0的位置，即在通的位置，即在通电线电线圈的圈的轴线处轴线处，两个旋，两个旋转转波波重叠在一起。重叠在一起。15.5.用空用空间间矢量表示空矢量表示空间间正弦分布的磁正弦分布的磁动势动势 用余弦分布的基波最大幅用余弦分布的基波最大幅值值 FK1 和和FK1的旋的旋转转，代表余弦分布磁，代表余弦分布磁动势动势的旋的旋转转，旋，旋转转角速度分角速度分别别为为和和-。一个在空一个在空间间按余弦分布的磁按余弦分布的磁动势动势波，可用一波，可用一个空个空间间矢量表示（矢量表示（长长度代表磁度代表磁势势波幅波幅值值，位置代，位置代表磁表磁势势波正幅波正幅值值位置位置）。）。16.逆逆时针时针方向方向为为a的正方向。的正方向。17.11-2 单层单层集中整距集中整距绕组绕组的三相磁的三相磁动势动势 条件条件:三相三相绕组绕组在空在空间对间对称分布称分布,三相三相电电流流为对为对称、正弦交称、正弦交变变。18.三相合成磁三相合成磁动势动动势动画画 三相三相绕组绕组在空在空间对间对称分布称分布,三相三相电电流流为对为对称、称、正弦交正弦交变变，分，分别别表示表示为为：19.等效集中整距等效集中整距相相轴轴(A相相)1)相相轴轴的概念的概念20.2 2、A，B，C 三相的三相的相相轴轴在空在空间间是同一位置是同一位置还还 是相互是相互错错开开 120空空间电间电角度角度？问问:1 1、当当 A，B，C 三相三相绕组绕组嵌入定子槽中，相嵌入定子槽中，相轴轴 是旋是旋转还转还是静止是静止?21.三相三相Aa=4/3a=0a=2/3BCZCXBAY22.Itt时轴时轴时间时间相角相角2)时轴时轴概念概念 不同不同不同不同时时时时刻刻刻刻电电电电流在流在流在流在时轴时轴时轴时轴上的投影不同，上的投影不同，上的投影不同，上的投影不同，电电电电流相量流相量流相量流相量只是只是只是只是时间时间时间时间函数，不是空函数，不是空函数，不是空函数，不是空间间间间函数。函数。函数。函数。注意注意:不表示相量在空不表示相量在空不表示相量在空不表示相量在空间间间间旋旋旋旋转转转转23.最大幅最大幅值值：F1(a,t)F1(a,0)F1(0,0)FK1F(0,t)x(a)时轴时轴相相轴轴3)时轴时轴和相和相轴轴的关系的关系24.1.三相合成基波磁三相合成基波磁动势动势1）解析法）解析法A、B、C三相脉振基波磁三相脉振基波磁动势动势表达式（表达式（时轴时轴、相、相轴轴）式中式中FK1为为一个一个线线圈圈产产生的基波磁生的基波磁动势动势最大幅最大幅值值。若每相若每相绕组绕组串串联联匝数匝数为为N1,则则每相每相线线圈的基波磁圈的基波磁动势动势最大幅最大幅值为值为：25.将每个脉振磁将每个脉振磁动势动势分解分解为为两个旋两个旋转转磁磁动势动势，则则三相合成基波磁三相合成基波磁动势为动势为：26.三相合成基波磁三相合成基波磁动势动势表达式表达式:合成基波磁合成基波磁动势动势幅幅值值：27.结论结论：1)每相每相绕组产绕组产生脉振磁生脉振磁势势，但三相合成，但三相合成产产生旋生旋转转磁磁势势；2)三相合成基波磁三相合成基波磁势势的波的波长长和和单单相一相一样样，即极，即极对对数一数一样样；3)每相的脉振磁每相的脉振磁动势动势幅幅值值大小随大小随时间变时间变化，而三相合成化，而三相合成基波磁基波磁动势动势幅幅值值是不是不变变的；的；4)三相合成基波磁三相合成基波磁动势动势的旋的旋转转方向方向为为+方向，也就是方向，也就是顺顺着着A、B、C三相三相电电流的正相序方向，旋流的正相序方向，旋转转角速度角速度为为；5)当某相当某相电电流达到正最大流达到正最大值时值时，三相合成基波磁，三相合成基波磁动势动势的的正幅正幅值值正好位于正好位于该该相相绕组绕组的的轴线轴线（相（相轴轴）处处。28.2）空）空间间矢量矢量图图法法 将每个基波脉振磁将每个基波脉振磁动势动势分解分解为为两个旋两个旋转转磁磁动势动势，用矢量表示如下，其中用矢量表示如下，其中带带一撇的是正一撇的是正转转基波磁基波磁动势动势，两撇的两撇的为为反反转转基波磁基波磁动势动势。29.正正转转分量分量 空空间间相位相同，相加后增相位相同，相加后增为为3倍。倍。反反转转分量分量 空空间间相位互差相位互差 120,合成合成值为值为零零。ABCABC30.旋旋转转磁磁场场的的转转速方向的改速方向的改变变方法方法 波幅位置随波幅位置随时间时间而而变变，出，出现现在在 t-=0处处（t=），当一相，当一相电电流达正最大流达正最大值值，波幅就，波幅就恰好移至恰好移至该该相相轴线处轴线处。31.t=0IA=Im cos t t=120 IB=Im cos(t-120)转转速速为为:A 轴轴 B 轴轴 C 轴轴ABCABC32.例例题题:把三相异步把三相异步电动电动机接到机接到电电源的三个接源的三个接线线端端头对调头对调两根后，两根后，电动电动机的机的转转向是否会改向是否会改变变?为为什么什么?33.接接电电流最大流最大值值先后先后顺顺序序ABC 轴轴，逆，逆时针时针旋旋转转ABCA B C电电网网ACB 轴轴，顺时针顺时针旋旋转转A B CABC电电网网34.2.三相合成三相合成谐谐波磁波磁动势动势（p210-212）35.三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势的特点一的特点一 在三相在三相对对称分布的称分布的绕组绕组中，通入三相中，通入三相对对称的称的交流交流电电流流时时，所，所产产生的合成基波磁生的合成基波磁动势动势是一个沿是一个沿空空间间按正弦按正弦规规律分布、波幅恒定的旋律分布、波幅恒定的旋转转磁磁动势动势，磁磁场场的极数与的极数与绕组绕组的极数相同。的极数相同。36.三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势的特点二的特点二 基波磁基波磁动势动势（磁（磁场场）的）的转转向向总总是从是从电电流的超流的超前相前相转转到滞后相。到滞后相。37.三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势的特点三的特点三旋旋转转磁磁场场的的转转速速为为:38.三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势的特点四的特点四 哪一相哪一相电电流达到最大流达到最大值值，合成基波磁，合成基波磁场场的正的正波幅一定位于波幅一定位于该该相相绕组绕组的的轴线处轴线处。39.三相三相绕组绕组合成磁合成磁动势动势的特点五的特点五 合成磁合成磁动势动势中除包含基波磁中除包含基波磁动势动势分量外，分量外，包含包含5、7、11等一系列奇数次等一系列奇数次谐谐波磁波磁动势动势分量，分量，但不包含但不包含3次及次及3的奇次倍的奇次倍谐谐波分量。波分量。40.11-3 三相双三相双层层分布短距分布短距绕组绕组的磁的磁动势动势1.单层单层分布分布线线圈圈组产组产生的磁生的磁动势动势 与求分布与求分布线线圈圈组组的的电动势电动势相同，如果有相同，如果有q个个线线圈圈分布，分布后整个分布，分布后整个线线圈圈组产组产生的基波脉振磁生的基波脉振磁动势动势的的最大振幅最大振幅为为：41.对对于各于各谐谐波磁波磁动势动势，分布后整个，分布后整个线线圈圈组产组产生的生的脉振磁脉振磁动势动势的最大振幅的最大振幅为为：42.2.双双层层短距短距线线圈的磁圈的磁动势动势 分析方法与求短距分析方法与求短距线线圈圈电动势电动势相同。双相同。双层层短距短距绕组绕组的基波磁的基波磁动势为动势为：式中，式中，为为基波基波节节距因数。距因数。可可见见，在每个，在每个线线圈串圈串联联匝数相同的情况下，双匝数相同的情况下，双层产层产生的磁生的磁动势动势公式中公式中为为2FK1，而，而单层为单层为FK1，另外，另外由于短距，在由于短距，在计计算基波磁算基波磁动势时动势时需乘一个基波需乘一个基波节节距距因数。因数。43.同同样样，各次，各次谐谐波磁波磁动势动势也存在也存在节节距因数。距因数。各次各次谐谐波磁波磁动势为动势为：v次次谐谐波波节节距距kpv因数因数为为：44.三相合成磁三相合成磁动势动势三相合成基波磁三相合成基波磁动势动势旋旋转转磁磁动势动势的幅的幅值为值为3.三相双三相双层层分布短距分布短距绕组产绕组产生的磁生的磁动势动势 式中式中N1为绕组为绕组一相串一相串联联匝数，匝数，为为基基波波绕组绕组因数。因数。45.三相合成三相合成谐谐波磁波磁动势动势对对v=(6k-1)次次谐谐波波 为为 v 次次谐谐波波绕组绕组因数。因数。对对v=(6k+1)次次谐谐波波v 次次谐谐波磁波磁动势动势的幅的幅值值 Fv 为为46.11-4 椭圆椭圆形磁形磁动势动势 1.什么条件下什么条件下产产生生圆圆形磁形磁动势动势，什么条件下，什么条件下 产产生生椭圆椭圆形旋形旋转转磁磁动势动势。2.椭圆椭圆形旋形旋转转磁磁动势动势与与单单相脉振、相脉振、圆圆形旋形旋转转 磁磁动势动势的区的区别别。要点要点:47.用用对对称分量法称分量法正序正序电电流：流：负负序序电电流：流：零序零序电电流：流：l 零序零序电电流所流所产产生的三个脉振基波磁生的三个脉振基波磁动势动势空空间间相位彼此相位彼此错错开开1200 电电角度，角度，时间时间相量上三者相同相位，所以任何相量上三者相同相位，所以任何时时刻任何位置它刻任何位置它们们的合成磁的合成磁动势为动势为零零值值。48.旋旋转转磁磁场场最大幅最大幅值轨值轨迹迹为圆为圆F 逆逆时针转时针转，F 顺时针转顺时针转，-波幅波幅轨轨迹迹为椭圆为椭圆F1轨轨迹迹为为相相轴轴上的脉振上的脉振幅幅值值。长轴短轴F1FF相相轴轴F1FF-单单相脉振磁相脉振磁场场圆圆形磁形磁场场椭圆椭圆形磁形磁场场单单相脉振相脉振只有只有FF和和F旋旋转转量量旋旋转转分量构成分量构成F=F正向旋正向旋转转量量F FF49.每种磁每种磁动势动势都可以都可以归纳为归纳为：空空间间正正转转磁磁动势动势 和空和空间间反反转转磁磁动势动势 的合成的合成脉振磁脉振磁动势动势 单单相相绕组绕组通入通入单单相交流相交流电产电产生生圆圆形旋形旋转转磁磁动势动势 对对称称绕组绕组通入通入对对称交流称交流电产电产生生椭圆椭圆形旋形旋转转磁磁动势动势 50.本章小本章小结结当当对对称的三相称的三相绕组绕组通入通入对对称的三相称的三相电电流流时时，其合，其合成基波磁成基波磁势势特性：特性：1）正向旋）正向旋转转；2）波幅恒定，）波幅恒定，是是圆圆形旋形旋转转波；波；3）旋）旋转转速度速度为为n1=60f/p，方向取，方向取决于决于电电流的相序（超前相至滞后相）；流的相序（超前相至滞后相）；4）波幅）波幅位置是位置是变变化的，即当哪相化的，即当哪相电电流达正最大流达正最大值值，波幅，波幅就恰好移至就恰好移至该该相的相相的相轴轴上。上。当当对对称的三相称的三相绕组绕组通入不通入不对对称的三相称的三相电电流流时时，其，其合成基波磁合成基波磁势势是是椭圆椭圆形旋形旋转转波。波。51.基波脉振磁基波脉振磁动势动势：基波基波圆圆形旋形旋转转磁磁动势动势：本章小本章小结结52.S11-4S11-7S11-9X11-4X11-5（基波）（基波）X11-6（基波）（基波）本章本章习题习题53.