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1、交流电枢绕组的磁动势第1页，本讲稿共53页磁动势分析推导过程磁动势分析推导过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第2页，本讲稿共53页11-1 单层集中整距绕组的一相磁动势单层集中整距绕组的一相磁动势 交流电机模型图（交流电机模型图（A相相集中绕组）集中绕组）第3页，本讲稿共53页1.磁动势表示方法磁动势表示方法单个线圈产生磁动势图单个线圈产生磁动势图线圈中通入电流线圈中通入电流(i0)所产生的磁场分布所产生的磁场分布图图第4页，本讲稿共53页线圈磁动势的空间分布线圈磁动势
2、的空间分布 在定子内圆表面建立空间坐标，以在定子内圆表面建立空间坐标，以A相绕组轴线与定子内相绕组轴线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度表示。把气表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。转子转子定子定子第5页，本讲稿共53页正磁势规定：正磁势规定：磁感应线方向是出定子进转子为正值。磁感应线方向是出定子进转子为正值。结论：结论：通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个布是一个矩形波矩形波，在通电流的线圈处，
3、气隙磁动势发生，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。突跳。不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整个磁路磁动势的一半，为个磁路磁动势的一半，为 Nki/2，即：，即：第6页，本讲稿共53页2.用傅里叶级数分解矩形波磁动势用傅里叶级数分解矩形波磁动势 转子转子定子定子3次谐波次谐波5次谐波次谐波第7页，本讲稿共53页结论结论:1、基波磁动势的幅值为、基波磁动势的幅值为4fk/，是矩形波磁动势幅，是矩形波磁动势幅 值值的的4/倍；倍；谐波磁动势幅值为基波幅值的谐波磁动势幅值为基波幅值的1/倍；倍；2、基波磁动势波长与原矩形波长一样，磁极对数亦相
4、同；、基波磁动势波长与原矩形波长一样，磁极对数亦相同；谐波的波长为基波的谐波的波长为基波的1/，极对数为基波的，极对数为基波的倍。倍。3、a=0处为各次谐波幅值处。处为各次谐波幅值处。第8页，本讲稿共53页3.线圈中通入交变电流产生脉振磁动势线圈中通入交变电流产生脉振磁动势脉振磁动势动画脉振磁动势动画 当线圈电流交变时，线圈磁势在空间上沿气隙分布仍当线圈电流交变时，线圈磁势在空间上沿气隙分布仍是矩形波，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦是矩形波，而且轴线固定不动，但其幅值在时间上按余弦规律变化，也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。规律变化，也就是说整个磁势波不能移动而只能脉振。线圈中电
5、流表达式线圈中电流表达式矩形波的幅值大小矩形波的幅值大小 将矩形波分解为基波和各次谐波。将矩形波分解为基波和各次谐波。第9页，本讲稿共53页1）基波磁动势）基波磁动势 式中式中 为基波磁动势的最大振幅，为基波磁动势的最大振幅，FK1cost是基波磁是基波磁动势动势的振幅的振幅。2）3次谐波磁动势次谐波磁动势第10页，本讲稿共53页3）5次谐波磁动势次谐波磁动势矩形波磁势可表示为：矩形波磁势可表示为：第11页，本讲稿共53页结论：结论：1)单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个个在空间按矩形波分布、波的位置在空间不动、但波幅的大在空间按矩形波分
6、布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负随时间在变化小和正负随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁脉振磁势势。2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有 3、5、7 等谐等谐波磁势分量波磁势分量。3)基波和谐波磁势既是空间函数又是时间函数，振幅均在基波和谐波磁势既是空间函数又是时间函数，振幅均在a=0处。处。第12页，本讲稿共53页线圈磁场模拟分布图线圈磁场模拟分布图第13页，本讲稿共53页4.脉振磁动势分解为两个旋转磁动势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势为：整距线圈通入交流电产生基波脉振磁势为：
7、由积化和差公式可将由积化和差公式可将 分解为两个三角式之和：分解为两个三角式之和：脉振磁动势分解动画脉振磁动势分解动画第14页，本讲稿共53页结论：结论：1)一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波一个脉振磁动势波，可分解为两个波长与原脉振波完全相同，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速完全相同，分别朝相反方向旋转的旋转波，旋转角速度（度（）与脉振波的脉振频率（）与脉振波的脉振频率（f）有关，每个旋转波）有关，每个旋转波的幅值是原脉振波的一半。的幅值是原脉振波的一半。2)当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的最当线圈中电流为正的最大值时，脉振波的波幅为正的最大值，此时两个旋转波的正
8、波幅正好转到大值，此时两个旋转波的正波幅正好转到=0的位置，即的位置，即在通电线圈的轴线处，两个旋转波重叠在一起。在通电线圈的轴线处，两个旋转波重叠在一起。第15页，本讲稿共53页5.用空间矢量表示空间正弦分布的磁动势用空间矢量表示空间正弦分布的磁动势 用余弦分布的基波最大幅值用余弦分布的基波最大幅值 FK1 和和FK1的旋的旋转转，代，代表余弦分布磁动势的旋转，旋转角速度分别为表余弦分布磁动势的旋转，旋转角速度分别为和和-。一个在空间按余弦分布的磁动势波，可用一个一个在空间按余弦分布的磁动势波，可用一个空间矢量表示（空间矢量表示（长度代表磁势波幅值，位置代表磁势长度代表磁势波幅值，位置代表磁
9、势波正幅值位置波正幅值位置）。）。第16页，本讲稿共53页逆时针方向为逆时针方向为a的正方向。的正方向。第17页，本讲稿共53页11-2 单层集中整距绕组的三相磁动势单层集中整距绕组的三相磁动势 条件条件:三相绕组在空间对称分布三相绕组在空间对称分布,三相电流为对称、正弦交变。三相电流为对称、正弦交变。第18页，本讲稿共53页三相合成磁动势动画三相合成磁动势动画 三相绕组在空间对称分布三相绕组在空间对称分布,三相电流为对称、正弦三相电流为对称、正弦交变，分别表示为：交变，分别表示为：第19页，本讲稿共53页等效集中整距等效集中整距相轴相轴(A相相)1)相轴的概念相轴的概念第20页，本讲稿共53
10、页 2 2、A，B，C 三相的三相的相轴相轴在空间是同一位置还在空间是同一位置还 是相互错开是相互错开 120空间电角度空间电角度？问问:1 1、当当 A，B，C 三相绕组嵌入定子槽中，相轴三相绕组嵌入定子槽中，相轴 是旋转还是静止是旋转还是静止?第21页，本讲稿共53页三相三相Aa=4/3a=0a=2/3BCZCXBAY第22页，本讲稿共53页Itt时轴时轴时间相角时间相角2)时轴概念时轴概念 不同时刻电流在时轴上的投影不同，电流相量不同时刻电流在时轴上的投影不同，电流相量只是时间函数，不是空间函数。只是时间函数，不是空间函数。注意注意:不表示相量在空间旋转不表示相量在空间旋转不表示相量在空
11、间旋转不表示相量在空间旋转第23页，本讲稿共53页最大幅值最大幅值：F1(a,t)F1(a,0)F1(0,0)FK1F(0,t)x(a)时轴时轴相轴相轴3)时轴和相轴的关系时轴和相轴的关系第24页，本讲稿共53页1.三相合成基波磁动势三相合成基波磁动势1）解析法）解析法A、B、C三相脉振基波磁动势表达式（时轴、相轴）三相脉振基波磁动势表达式（时轴、相轴）式中式中FK1为一个线圈产生的基波磁动势最大幅值。为一个线圈产生的基波磁动势最大幅值。若每相绕组串联匝数为若每相绕组串联匝数为N1,则每相线圈的基波磁动则每相线圈的基波磁动势最大幅值为：势最大幅值为：第25页，本讲稿共53页 将每个脉振磁动势分
12、解为两个旋转磁动势，则三相将每个脉振磁动势分解为两个旋转磁动势，则三相合成基波磁动势为：合成基波磁动势为：第26页，本讲稿共53页三相合成基波磁动势表达式三相合成基波磁动势表达式:合成基波磁动势幅值：合成基波磁动势幅值：第27页，本讲稿共53页结论：结论：1)每相绕组产生脉振磁势，但三相合成产生旋转磁势；每相绕组产生脉振磁势，但三相合成产生旋转磁势；2)三相合成基波磁势的波长和单相一样，即极对数一样；三相合成基波磁势的波长和单相一样，即极对数一样；3)每相的脉振磁动势幅值大小随时间变化，而三相合成基波磁每相的脉振磁动势幅值大小随时间变化，而三相合成基波磁动势幅值是不变的；动势幅值是不变的；4)
13、三相合成基波磁动势的旋转方向为三相合成基波磁动势的旋转方向为+方向，也就是顺着方向，也就是顺着A、B、C三相电流的正相序方向，旋转角速度为三相电流的正相序方向，旋转角速度为；5)当某相电流达到正最大值时，三相合成基波磁动势的正当某相电流达到正最大值时，三相合成基波磁动势的正幅值正好位于该相绕组的轴线（相轴）处。幅值正好位于该相绕组的轴线（相轴）处。第28页，本讲稿共53页2）空间矢量图法）空间矢量图法 将每个基波脉振磁动势分解为两个旋转磁动势，用矢量表将每个基波脉振磁动势分解为两个旋转磁动势，用矢量表示如下，其中带一撇的是正转基波磁动势，两撇的为反转基波示如下，其中带一撇的是正转基波磁动势，两
14、撇的为反转基波磁动势。磁动势。第29页，本讲稿共53页正转分量正转分量 空间相位相同，相加后增为空间相位相同，相加后增为3倍。倍。反转分量反转分量 空间相位互差空间相位互差 120,合成值为零合成值为零。ABCABC第30页，本讲稿共53页旋转磁场的转速方向的改变方法旋转磁场的转速方向的改变方法 波幅位置随时间而变，出现在波幅位置随时间而变，出现在 t-=0处（处（t=），当一相电流达正最大值，波幅就恰好移，当一相电流达正最大值，波幅就恰好移至该相轴线处。至该相轴线处。第31页，本讲稿共53页 t=0IA=Im cos t t=120 IB=Im cos(t-120)转速为转速为:A 轴轴 B
15、 轴轴 C 轴轴ABCABC第32页，本讲稿共53页例题例题:把三相异步电动机接到电源的三个接线端头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对调两根后，电动机的转向是否会改变?为什为什么么?第33页，本讲稿共53页接电流最大值先后顺序接电流最大值先后顺序ABC 轴，逆时针旋转轴，逆时针旋转ABCA B C电网电网ACB 轴，顺时针旋转轴，顺时针旋转A B CABC电网电网第34页，本讲稿共53页2.三相合成谐波磁动势（三相合成谐波磁动势（p210-212）第35页，本讲稿共53页三相绕组合成磁动势的特点一三相绕组合成磁动势的特点一 在三相对称分布的绕组中，通入三
16、相对称的交流在三相对称分布的绕组中，通入三相对称的交流电流时，所产生的合成基波磁动势是一个沿空间按正电流时，所产生的合成基波磁动势是一个沿空间按正弦规律分布、波幅恒定的旋转磁动势，磁场的极数与弦规律分布、波幅恒定的旋转磁动势，磁场的极数与绕组的极数相同。绕组的极数相同。第36页，本讲稿共53页三相绕组合成磁动势的特点二三相绕组合成磁动势的特点二 基波磁动势（磁场）的转向总是从电流的超前相基波磁动势（磁场）的转向总是从电流的超前相转到滞后相。转到滞后相。第37页，本讲稿共53页三相绕组合成磁动势的特点三三相绕组合成磁动势的特点三旋转磁场的转速为旋转磁场的转速为:第38页，本讲稿共53页三相绕组合
17、成磁动势的特点四三相绕组合成磁动势的特点四 哪一相电流达到最大值，合成基波磁场的正波幅哪一相电流达到最大值，合成基波磁场的正波幅一定位于该相绕组的轴线处。一定位于该相绕组的轴线处。第39页，本讲稿共53页三相绕组合成磁动势的特点五三相绕组合成磁动势的特点五 合成磁动势中除包含基波磁动势分量外，合成磁动势中除包含基波磁动势分量外，包含包含5、7、11等一系列奇数次谐波磁动势分量，等一系列奇数次谐波磁动势分量，但不包含但不包含3次及次及3的奇次倍谐波分量。的奇次倍谐波分量。第40页，本讲稿共53页11-3 三相双层分布短距绕组的磁动势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单层分
18、布线圈组产生的磁动势 与求分布线圈组的电动势相同，如果有与求分布线圈组的电动势相同，如果有q个线圈分布，个线圈分布，分布后整个线圈组产生的基波脉振磁动势的最大振幅为：分布后整个线圈组产生的基波脉振磁动势的最大振幅为：第41页，本讲稿共53页 对于各谐波磁动势，分布后整个线圈组产生的脉对于各谐波磁动势，分布后整个线圈组产生的脉振磁动势的最大振幅为：振磁动势的最大振幅为：第42页，本讲稿共53页2.双层短距线圈的磁动势双层短距线圈的磁动势 分析方法与求短距线圈电动势相同。双层短距绕分析方法与求短距线圈电动势相同。双层短距绕组的基波磁动势为：组的基波磁动势为：式中，式中，为基波节距因数。为基波节距因
19、数。可见，在每个线圈串联匝数相同的情况下，双层产生可见，在每个线圈串联匝数相同的情况下，双层产生的磁动势公式中为的磁动势公式中为2FK1，而单层为，而单层为FK1，另外由于短距，另外由于短距，在计算基波磁动势时需乘一个基波节距因数。在计算基波磁动势时需乘一个基波节距因数。第43页，本讲稿共53页 同样，各次谐波磁动势也存在节距因数。同样，各次谐波磁动势也存在节距因数。各次谐波磁动势为：各次谐波磁动势为：v次谐波节距次谐波节距kpv因数为：因数为：第44页，本讲稿共53页三相合成磁动势三相合成磁动势三相合成基波磁动势三相合成基波磁动势旋转磁动势的幅值为旋转磁动势的幅值为3.三相双层分布短距绕组产
20、生的磁动势三相双层分布短距绕组产生的磁动势 式中式中N1为绕组一相串联匝数，为绕组一相串联匝数，为基波为基波绕组因数。绕组因数。第45页，本讲稿共53页三相合成谐波磁动势三相合成谐波磁动势对对v=(6k-1)次谐波次谐波 为为 v 次谐波绕组因数。次谐波绕组因数。对对v=(6k+1)次谐波次谐波v 次谐波磁动势的幅值次谐波磁动势的幅值 Fv 为为第46页，本讲稿共53页11-4 椭圆形磁动势椭圆形磁动势 1.什么条件下产生圆形磁动势，什么条件下什么条件下产生圆形磁动势，什么条件下 产产生椭圆形旋转磁动势。生椭圆形旋转磁动势。2.椭圆形旋转磁动势与单相脉振、圆形旋转椭圆形旋转磁动势与单相脉振、圆
21、形旋转 磁动势的区别。磁动势的区别。要点要点:第47页，本讲稿共53页用对称分量法用对称分量法正序电流：正序电流：负序电流：负序电流：零序电流：零序电流：l 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 电角度，时间相量上三者相同相位，所以任何时刻任何位置电角度，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。它们的合成磁动势为零值。第48页，本讲稿共53页旋转磁场最大幅值轨迹为圆旋转磁场最大幅值轨迹为圆F 逆时针转，逆时针转，F 顺时针转，顺时针转，-波幅轨迹为椭圆波幅轨迹为椭圆F1轨迹为相轨迹为相轴上的脉振
22、轴上的脉振幅值。幅值。长轴短轴F1FF相轴相轴F1FF-单相脉振磁场单相脉振磁场圆形磁场圆形磁场椭圆形磁场椭圆形磁场单相脉振单相脉振只有只有FF和和F旋转量旋转量旋转分量构成旋转分量构成F=F正向旋转量正向旋转量F FF第49页，本讲稿共53页 每种磁动势都可以归纳为：每种磁动势都可以归纳为：空间正转磁动势空间正转磁动势 和空间反转磁动势和空间反转磁动势 的合成的合成脉振磁动势脉振磁动势 单相绕组通入单相交流电产生单相绕组通入单相交流电产生圆形旋转磁动势圆形旋转磁动势 对称绕组通入对称交流电产生对称绕组通入对称交流电产生椭圆形旋转磁动势椭圆形旋转磁动势 第50页，本讲稿共53页本章小结本章小结
23、当对称的三相绕组通入对称的三相电流时，其合成基波当对称的三相绕组通入对称的三相电流时，其合成基波磁势特性：磁势特性：1）正向旋转；）正向旋转；2）波幅恒定，是圆形旋转波；）波幅恒定，是圆形旋转波；3）旋转速度为）旋转速度为n1=60f/p，方向取决于电流的相序（超，方向取决于电流的相序（超前相至滞后相）；前相至滞后相）；4）波幅位置是变化的，即当哪相电流）波幅位置是变化的，即当哪相电流达正最大值，波幅就恰好移至该相的相轴上。达正最大值，波幅就恰好移至该相的相轴上。当对称的三相绕组通入不对称的三相电流时，其合成当对称的三相绕组通入不对称的三相电流时，其合成基波磁势是椭圆形旋转波。基波磁势是椭圆形旋转波。第51页，本讲稿共53页 基波脉振磁动势：基波脉振磁动势：基波圆形旋转磁动势：基波圆形旋转磁动势：本章小结本章小结第52页，本讲稿共53页S11-4S11-7S11-9X11-4X11-5（基波）（基波）X11-6（基波）（基波）本章习题本章习题第53页，本讲稿共53页