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1、,第 十 一 章,交流电机绕组的,磁动势,旋 转 磁 场,同步电机的定子，异步电机的定、转子上都是交流绕组，研究交流绕组磁动势的性质和大小，并分析其所生的气隙磁场，十分重要。,按线圈线圈组单相绕组三相绕组，依次分析它们的磁动势。,第十一章 交流电枢绕组的磁动势,11-1 单相绕组的磁动势脉振磁动势,11-2 脉振磁动势和旋转磁动势,11-3 三相绕组的旋转磁动势,11-4 圆形和椭圆形旋转磁动势,11-1 单相绕组的磁动势脉振磁动势,以下用 表示支路有效电流，以区别于总有效电流,1、单层整距线圈的磁动势波形为方波,2、单层整距线圈的磁动势最大幅值,3、单层整距线圈的磁动势性质：脉振,一、单层整
2、距线圈的磁动势,1、单层整距线圈的磁动势波形为方波,磁动势由定子 气隙转子为正值。,定子,磁动势由转子 气隙定子为负值。,1、单层整距线圈的磁动势波形为方波,问：为什么单层整距线圈的磁动势为方波？,单层整距线圈的磁动势最大幅值为什么是,全电流定律：,每束磁力线都来源于同一磁动势。,2、单层整距线圈的磁动势最大幅值,定子,磁回路包括,两段气隙,两个定子齿,两个转子齿,定、转子磁轭,忽略铁磁材料的磁动势：,一段气隙对应的磁动势为：,当：,所以单层整距线圈的最大磁动势幅值是：,0,0,3、单层整距线圈的磁动势的性质,单层整距线圈的磁动势的性质是脉振。,3、单层整距线圈的磁动势的性质,4、整距线圈的磁
3、动势波形的数学表达式, 为什么方波磁动势要用傅氏级数展开？, 数学表达式推导,方波磁动势分解为,余弦基波一相分布绕组 q 个线圈磁动势可用矢量叠加，三相绕组磁动势也可用矢量叠加。,余弦基波,余弦三次谐波,余弦五次谐波,三相磁动势,三相基波,三相谐波,合成总的磁动势,为什么方波磁动势要用傅氏级数展开？,y1,用傅氏级数把方波磁动势分解为基波和各次谐波。, 为什么方波磁动势要用傅氏级数展开？,空间函数,时间 函数,单相整距磁动势数学表达式是一个时空两元函数。, 数学表达式推导,方波被分解成了一系列幅值不同的余弦波形。,202页,A 整距线圈基波磁动势的数学表达式,B 空间分布波形：,余弦,C 最大
4、幅值：,D 磁场性质：,脉振,A 整距线圈三次谐波磁动势的数学表达式,B 空间分布波形：,余弦,C 最大幅值：,D 磁场性质：,脉振,5、脉振磁动势分解为两个旋转磁动势,整距线圈通入交流电产生基波脉振磁动势的数学表达式,根据三角函数的和差公式：,是空间电角度,是时间电角度,比较：,脉振磁场,旋转磁场,最大值移动在,磁场幅值始终不变，位置在变化,旋转磁场的行波的角速度,这里行波的角速度是指磁动势波 在电机气隙内旋转的空间电角度。,它在数值上和线圈中通过的电流的电角频率 完全相等。,按 方向旋转,按 - 方向旋转,一个脉振磁动势可以分解为两个转动方向相反的旋转磁动势。,单相整距集中绕组磁动势小结,
5、4、一个脉振磁动势可分解为两个旋转磁动势,交流电磁动势为时空函数的余弦分布,1、磁动势基波数学表达式 203页,2、磁动势基波最大幅值,3、基波磁动势性质：,脉振,交流电磁动势为时空函数的余弦分布,电流达最大值,11-2 单层集中整距绕组的三相磁动势,1、三相基波磁动势,三相绕组在定子空间位置上彼此互相间隔 电角度。,一个线圈产生的基波磁动势最大振幅,一般计算基波磁动势最大振幅时考虑一对磁极下的匝数。,电流是有效电流,三相合成基波磁场：,电机的三相绕组按 120电角度对称放置 ， 三相交流电流的时间相位差也是 120电角度。,问：圆形旋转磁场产生的条件？,单层整距线圈，三相合成基波磁动势小结：
6、,209页,1、三相合成后产生基波旋转磁动势,2、三相合成后产生旋转磁动势波长和单相一样，即极对数不变。,3、三相合成后产生旋转磁动势最大幅值是基波脉振磁动势最大幅值的 倍。,单相单层整距脉振磁动势最大幅值：,三相单层整距旋转磁动势最大幅值：,4、三相合成基波磁动势旋转方向是顺着 A、B、C三相电流的正相序方向。,5、三相合成基波磁动势旋转角速度为：,速度为：,通常称为同步转速,6、当某相电流达到最大值时，三相合成基波旋转磁动势的正幅值正好位于该相绕组的轴线处。,2、三相谐波磁动势,三相的三次谐波磁动势,对应于基波的一个极距，三次谐波已是 3 个极距了,可见，三相合成磁动势中不含三次谐分量,1
7、1-3 三相双层分布短距绕组的磁动势,1、单层分布线圈组产生的磁动势,线圈组的磁动势（q 1，分布绕组 ）,例如：,3 个整距绕组彼此错开 a 空间角，各磁动势为空间矢量，用 表示。,电路理论中常用时间矢量，称为相量， 用 表示，由频率、幅值、初相确定一个 相量，它代表一个随时间作正弦变化的物理 量。,而空间矢量却是用来表示一个沿空间作 正（余）弦分布的物理量，用 表示，可用变 化周期、幅值、复角确定。,1、短距线圈组的基波磁动势 幅值,相量,时域函数,表示,由频率、幅值、初相确定。,空间矢量,空间函数,表示,变化周期、幅值、复角确定。,1,2,3,11,12,13,相轴,和电动势一样，分布系
8、数：,各次谐波：,双层短距线圈的磁动势波形？,双层短距线圈的磁动势最大幅值是多少？,2、双层短距线圈的磁动势,短距线圈 q =1 线圈节距 y1 磁极对数 p = 1,1,2,1,2,线圈 1，上层边 1下层边 1。,线圈 2，上层边 2下层边 2。,2与 1 位于相邻槽。,短距线圈的磁动势波形,转子,定子,1,1,2,2,y1,X,X,把下层边 1、2 看成一个单层整距线圈，产生的磁动势为,把上层边 1、2 看成一个单层整距线圈，产生的磁动势为,短距线圈的磁动势波形,短距线圈的磁动势最大幅值是多少,1,1,2,2,y1,X,X,回顾：单层整距线圈的磁动势波形,磁动势由定子 气隙转子为正值。,
9、定子,磁动势由转子 气隙定子为负值。,3、三相双层分布短距绕组产生的磁动势,单相整距单层绕组：,磁动势最大幅值计算,单相整距单层绕组基波：,单相短距双层绕组基波：,单相短距双层分布绕组基波：,单相短距双层分布绕组基波：,每相串联总匝数：,每对极总串联匝数：,双层绕组：,单层绕组：,对于整数槽绕组的电机，电流沿空间的分布每经过一对磁极重复一次。 所以一对磁极区的线圈组所产生的磁动势也就是一相绕组的磁动势。 每相只需算出一对磁极的磁动势。,单相短距双层分布绕组基波磁动势最大幅值：,一对磁极下单相短距双层分布绕组基波磁动势最大幅值：,一对磁极下三相短距双层分布绕组基波磁动势最大幅值：,三相双层短距对
10、称分布绕组磁动势小结,1、数学表达式：,2、最大幅值：,基波绕组因数,总电流有效值,三相双层短距对称分布绕组磁动势小结,基波分布因数：,基波短距因数：,三相双层短距对称分布绕组磁动势小结,3、是圆形旋转磁场,余弦分布，最大幅值在旋转中不变，形成圆形轨迹。,4、形成圆形旋转磁场的条件：,三相绕组空间分布对称 电角度，三相交流电相位 电角度对称。,三相双层短距对称分布绕组磁动势小结,5、旋转磁场的转速,同步转速：,6、旋转磁场方向由三相交流电的相序决定,哪一相电流为最大值，磁场最大幅值旋转位于该相绕组相轴处。,相轴的概念,旋转磁场的转速方向改变的方法, t = a = 0,t = a = 120
11、IB = Im cos(t-120),转速为 : A 轴 B 轴 C 轴,三相双层短距对称分布绕组磁动势小结,7、改变三相交流电流的相序就可以改变旋转磁场的转动方向。,8、改变三相交流电流的磁场空间分布基本为基波余弦。,谐波：,谐波：,216页,使：,交流电机一般为 接法,因为：,可见，绕组短距及分布，磁动势谐波基本上消除了。,波幅大小不变,波幅 随 t 变化而变化,波幅 以 角速旋转，大小 不变（圆形旋转磁动势）,波幅位于相轴，固定,旋转，余弦形,脉振，余弦形,三相磁动势,单相磁动势,比较：,一台三相交流电机，双层绕组，,例题1：,1每相基波磁动势最大幅值； 2三次谐波磁动势最大幅值； 3空
12、间电角度为 600 时基波磁动势为多少？,2p = 4，a = 2，每相电流有效值为 2A。求：,解：,1、基波幅值计算,例题1：,例题1：,2、三次谐波计算,例题1：,思考: 为什么要研究 磁 动 势?,变压器一次侧、二次侧无电联系，只有磁耦合。,一次侧、二次侧电流 I1 和 I 2 的关系由磁动势平衡 确定。,后续课异步电机定子转子同样无电的联系，但也有磁耦合，电流关系也由磁动势平衡关系确定，这种磁动势平衡类似于变压器，又与变压器的磁动势有别。,2、A，B，C 三相的相轴在空间是同一位置还 是相互错开 120空间电角度 ？,问: 1、当 A，B，C 三相绕组嵌入定子槽中，相 轴是旋转还是静
13、止?,A,a =4/3,a = 0,a =2/3,B,C,例题,旋转磁场按顺时针方向旋转。,A、B、C 绕组对称分布，互差 120 空间电角度,例题：一台三角形连接的定子绕组，当绕组外有一相断线时，产生的磁动势是什么磁动势？,变为单相脉振磁动势。,产生旋转磁场的条件是：,A、B、C 绕组通三相交流电,思考 : 如果一台三相异步电动机定子无旋转磁场而是脉振磁场会怎样?,例题: 把三相异步电动机接到电源的三个接线端头对调两根后，电动机的转向是否会改变 ? 为什么 ?,接电流最大值先后秩序 ABC 轴，逆时针旋转,BAC 轴，顺时针旋转,要想改变异步电动机转动方向，只需改变三相交流电的相序。,例题:
14、,三相绕组内有一相反接，通以三相对称电流是否会产生旋转磁动势,转向是顺时针还是逆时针方向?,三相绕组的谐波合成磁动势,3k 次谐波的三相合成磁动势为零。,5 次，7 次谐波磁动势可通过调节绕组节距 y1，使 kp5 或 kp7为零而消除或消弱 。,11-4 圆形和椭圆形旋转磁动势,1. 什么条件下产生圆形磁动势，什么条件下 产生椭圆形旋转磁动势。,2. 椭圆形旋转磁动势与单相脉振、圆形旋 转磁动势的区别。,要点:,11-4 圆形和椭圆形旋转磁动势,用对称分量法,正序电流：,负序电流：,零序电流：,不对称电流可用对称分量法分解三组对称电流。,正序,负 序,零 序,注意：,不对称电流可用对称分量法分解三组对称电流。,零序电流所产生的三个脉振基波磁动势 空间相位彼此错开 1200 电角 时间相量上三者相同相位 所以任何时刻任何位置它们的合成磁动势为零值.,旋转磁场最大幅值轨迹为圆,f+逆时针转， f- 顺时针转，- 波幅轨迹为椭圆,f1轨迹为相 轴上的脉振 幅值。,长轴,短轴,f1,f-,f+,f+,相轴,f1,f-,f+,-,磁场小结,1、集中绕组，直流电流,静止的方波磁场,2、集中绕组或分布绕组，单相交流电,脉振磁场,3、两相或三相对称分布绕组，两相或三相相位对称交流电。,圆形旋转磁场,磁场小结,4、两对称条件有一条不够对称，椭圆形旋转磁场。,作业,思 考 题：,习 题：,
