交流绕组的磁动势【谷风课资】

1、第四章：交流电机的共同问题,第1节：交流绕组的基本概念 第2节：三相双层绕组 第3节：三相单层绕组 第4节：正弦磁场下交流绕组的感应电动势 第5节：感应电动势中的高次谐波及其削弱方法 第6节：正弦电流下单相绕组的磁动势 第7节：正弦电流下对称三相绕组的旋转磁动势 第八节：非正弦电流下交流绕组的磁动势,1,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,2,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,3,一类课资,本节主要讨论当给单相绕组通以正弦电流 时的磁动势的变化规律。 为分析方便，设： 1）定、转子铁芯的磁导率 2）定、转子之间的气隙均匀 3）槽内的电流集中在槽中心处,4-6正弦电流下单相绕组

2、的磁动势,4,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,一、整距线圈的磁动势,1、正方向的规定： 线圈电流尾进首出为正 磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋关系 磁动势由定子到转子为正,2、空间坐标的建立： 横坐标：设在定子内圆表面，逆时针为正，以空间电角度 表示 纵坐标：设在线圈平面的中法线上，表示磁动势，其正方与电流符合右手关系。,5,一类课资,线圈磁动势的空间分布,在定子内圆表面建立空间坐标，以A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。,6,一类课资,7,一类课资,不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势

3、等于整个磁路磁动势的一半，为 Nci /2 ，即：,8,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,一、整距线圈的磁动势,整距线圈产生的磁场,整距线圈产生的磁动势,即：形状为方波 幅值为,9,一类课资,结论： 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矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。,10,一类课资,用傅里叶级数分解矩形波磁动势,11,一类课资,若线圈中的电流为恒定电流，则矩形波的高度恒定不变。而在交流绕组中通入的是交变电流即,12,一类课资,将上述的矩形分布的脉振磁动势用富氏级数进行分解，得,13,一类课资,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个在

4、空间 按正弦分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负 随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。 （若通入直流电呢？） 2) 线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有 3、5、7 等谐波磁势 分量。 3）基波与谐波磁动势的幅值均以电流的频率在空间脉振。 （幅值 位置不变，大小改变）(注意同一时刻不同位置与同一位 置不同时刻) 4）谐波磁动势是指在空间上的谐波分布。,14,一类课资,不同瞬间时单相绕组的基波脉振磁动势,15,一类课资,定义在幅值位置上,空间矢量代表的不是一点的磁动势，而是一个磁动势的波形,16,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,二、线圈组的磁势,1、整距线圈的线圈组

5、磁势,则整距线圈组产生的磁动势由右图。,17,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,1、整距线圈的线圈组磁势合成方法,完全仿照线圈组电动势的求和方法，但须特别注意磁动势为空间矢量，而电动势为时间相量。,18,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,2、双层短距线圈的线圈组磁势,19,一类课资,等效的整距线圈绕组,20,一类课资,21,一类课资,单层线圈组磁动势：,双层线圈组磁动势：,22,一类课资,但其中的Nc和Ic是表示线圈匝数和线圈电流有效值，工程应用不便。 注意到：每相绕组每条支路串联匝数,或,每相电流有效值,单层线圈组磁动势：,双层线圈组磁动势：,23,一类课资,三、单相绕组

6、的磁势,24,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,由于每对极下的磁动势和磁阻组成一个对称的分支磁路，若电机有P对极，就有P条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的磁动势是指每对极下一相绕组的磁动势。,每相串联总匝数为： （单层） （双层）,单相绕组基波磁势的幅值,单相绕组基波磁动势的瞬时值为,25,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,单相绕组 次谐波磁动势的瞬时值为,26,一类课资,4-6正弦电流下单相绕组的磁动势,1、单相绕组的磁势是一种空间位置固定，幅值随时间变 化的脉振磁势，其脉振频率取决于电流的频率。 注：磁势即是空间位置的函数，也是时间的函数。空间分布用以电角度计的空间位

7、置角 来表达，随时间变化规律用时间t来表达。 2、基波磁势的幅值为 次谐波磁势的幅值为 3、定子绕组多采用短距和分布绕组，因而合成磁势中谐 波含量大大消弱。一般情况下只考虑基波磁势的作用。,综合以上分析对单相绕组磁势的性质归纳如下：,27,一类课资,基波磁动势可以用空间矢量表示，为此引入等效绕组和相绕组轴线的概念,28,一类课资,基波脉振磁动势的分解：,1）解析表达式：,29,一类课资,3）波形表达式：,转速为：,由于一转等于P2电弧度，所以用转速表示时,30,一类课资,转速为：,31,一类课资,结论：,一相脉振磁势可以分解成两个幅值大小相等，转向相反、转速相同的圆形旋转磁动势。,32,一类课

8、资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,一、对称三相绕组的基波合成磁动势,(1)、三个基本概念,等效绕组及有效匝数,三相绕组轴线,合成磁动势分析方法 解析求和法 波形叠加法 矢量作图法,33,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,一、对称三相绕组的基波合成磁动势,（2）空间、时间坐标的选取,空间：A相绕组轴线及定子内圆表面，逆时针为正,时间：A相电流正最大为时间起点,34,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,一、对称三相绕组的基波合成磁动势,（3）各相基波脉振磁动势表达式,1、解析法,35,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,一、对称三相绕组的基波合

9、成磁动势,各相基波脉振磁动势的分解,36,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,一、对称三相绕组的基波合成磁动势,1、解析法,显然，基波合成磁动势为幅值恒定的旋转磁动势，简称圆形磁动势,转速：,转向：沿着 正方向移动，即在电机中沿逆时针方向旋转,37,一类课资,一、对称三相绕组的基波合成磁动势,结论：,三相对称绕组通入对称电流，所得基波合成磁动势为幅值恒定的正弦分布的圆形旋转磁动势。旋转幅值的轨迹是圆，所以称为圆形旋转磁场。,其幅值由每相电流的有效值及每相绕组的有效匝数决定，且为每相脉振磁动势最大幅值的（3/2）倍。,其转速由电流的频率和电机的极对数决定，为同步转速。,其转向由电流

10、的相序及三相绕组空间排列顺序决定，是由电流超前相的绕组轴线转到电流滞后相得绕组轴线。（当某相电流最大，合成磁动势幅值转到该相的轴线上）要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。,38,一类课资,三相合成磁动势中的高次谐波,39,一类课资,三相合成磁动势中的三次谐波,由,得到,40,一类课资,三相合成磁动势中的五次谐波,由上述方法得：,其幅值：,其转速：,令：,又由于：,其转向：,与基波旋转磁动势的转向相反,41,一类课资,三相合成磁动势中的七次谐波,由上述方法得：,其幅值：,其转速：,令：,又由于：,其转向：,与基波旋转磁动势的转向相同,42,一类课资,三相合成磁动势中的高次谐波,1、三相对称绕

11、组通入对称电流，仅产生 次幅值恒定的谐波合成旋转磁动势。,4其幅值为,43,一类课资,用矢量作图法求取基波合成磁动势,三相对称绕组通入对称电流：,当,44,一类课资,用矢量作图法求取基波合成磁动势,三相对称绕组通入对称电流：,当,45,一类课资,用矢量作图法求取基波合成磁动势,三相对称绕组通入对称电流：,当,基波合成磁动势为旋转磁动势，旋转 方向为逆时针。,46,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,2、波形图和矢量图 下面用图解法分析三相基波合成磁势，左边为不同瞬时的三相电流向量图，中间为A,B,C三相的各基波脉振磁势及三相合成磁势，右边为磁势矢量图。,三相对称绕组通入三相对称电

12、流后，所形成的合成磁势为幅值不变的旋转波,47,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,48,一类课资,4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势,当三相对称绕组中通以不对称三相电流，如三相电流幅值不等，则，,2、三相对称绕组通入不对称电流：,49,一类课资,用矢量作图法求取基波合成磁动势,2、三相对称绕组通入不对称电流：,当,基波合成磁动势为椭圆形的旋转磁动势。,50,一类课资,式中：,气隙中只存在正向旋转磁动势和反向旋转磁动势，基波合成磁动势为一个幅值变化的椭圆形旋转磁动势 。,51,一类课资,结论：,则基波合成磁动势为圆形旋转磁动势,52,一类课资,4-8非正弦电流下交流绕组的磁动势,一、谐波电流产生的磁动势,若通入电动机三相绕组的电流为非正弦电流，则用富氏级数分解为基波和一系列谐波，对于三相变频器，一般不存在3的倍数次及偶数次谐波，则相电流可表示为：,次谐波电流为：,53,一类课资,其中：,4-8非正弦电流下交流绕组的磁动势,54,一类课资,二、谐波磁动势的危害,高次谐波对交流电机产生诸多不利影响，它使电机的电流有