教学第四章-磁动势课件

§4－4交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势1、单个整距集中绕组的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势§4－4交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势11单个整距线圈的磁动势ωt=0,i=Imωt=90°,i=0ωt=180°,i=-Im结论：1整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布总是一个矩形波。2这种从空间上看位置固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电流的频率。单个整距线圈的磁动势ωt=0,i=Imωt=90°,i=0ω2

磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计，线圈在一个气隙上施加的磁势为：

如果通过线圈的电流为正弦波，则矩形波的高度也将按正弦变化。一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙如果通过线圈的电3

脉振磁势可以表示为为幅值

按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波

基波幅值为：

高次谐波的幅值为矩形波脉振磁势的分解脉振磁势可以表示为为幅值按照富立叶级数分解的方法可以把矩4基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。其表达式为：基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变52、（1）整距分布绕组的磁势

由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角，称为分布绕组。

取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；

线圈组的磁势为：2、（1）整距分布绕组的磁势由q个线圈构成的线圈组，由6线圈组的合成基波磁动势——基波磁动势的分布因数基波磁动势矢量相加线圈组的合成v次谐波磁动势（1）单层整距线圈组磁动势线圈组的合成基波磁动势——基波磁动势的分布因数基波磁动势矢量7

一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和5次、7次谐波磁动势的分布因数。例题解每相每极槽数q和槽距角α值分布绕组的合成磁动势中谐波含量要比集中绕组中小得多。采用分布绕组是改善磁动势波形的有效措施之一。单层整距线圈组磁动势一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和5次、8（2）双层短距绕组的磁势

双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组

两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角；

双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间叠加。（2）双层短距绕组的磁势双层整距绕组可以等效为两个整距单层9双层短距绕组的磁势为：双层短距绕组的磁势为：10如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所以多极电机只研究每对极磁动势就行了。

一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁极，单相绕组磁动势，不是一相绕组的总磁动势，而是作用于一个磁极的磁动势。-9009002700如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所113、单相绕组磁势的统一表达式

为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I、每相串联匝数N1等概念。

统一公式：

单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦脉振磁势，磁势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。3、单相绕组磁势的统一表达式为了统一表示相绕组的磁势，引12

单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉振。

考虑单相绕组电流产生的谐波磁势，其统一表达式为：单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉133、单相绕组的磁动势结论：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁动势。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值v

次谐波磁动势幅值为谐波次数越高，幅值越小3、单相绕组的磁动势结论：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置14v次谐波绕组系数kwv=kqvkyv。总结：4绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣kq1；5线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一个折扣ky1；6

基波绕组系数kw1=kq1ky1，由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数v次谐波绕组系数kwv=kqvkyv。总结：415二三相绕组的磁动势1三相绕组的合成基波磁动势二三相绕组的磁动势1三相绕组的合成基波磁动势161三相绕组的合成基波磁动势1三相绕组的合成基波磁动势17三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：1一个空间上正弦分布，幅值大小不变的圆形旋转磁动势波。2合成基波磁动势的幅值是单相基波磁动势幅值的3/2倍。3

若电流是正序A-B-C的，则磁动势波旋转方向是从A相转向B相，再转向C相。

如果电流是负序A-C-B的，则磁动势波旋转方向是从A相转向C相，再转向B相。

因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如B端和C端）对调即可。4旋转磁场的电角速度在数值上等于定子电流的角速度，其基波磁动势的同步转速三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：1一个空间上正弦185产生旋转磁动势的条件：必须有两个或两个以上的绕组；绕组的轴线在空间上必须错开（但不能互差0或180）；绕组内的电流在时间上必须有相位差（但不能互差0或180）。6对称m相绕组通过对称m相电流时，所生成的磁动势是一个圆形旋转磁动势，转速为5产生旋转磁动势的条件：19三相绕组的合成次谐波磁动势（1）三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍，三相绕组各自建立的三次谐波磁动势表达式三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势为零。这个结论可推广到＝6k－3的谐波次数。

三相绕组的合成次谐波磁动势（1）三次谐波磁动势的极对数是基20（2）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍，三相绕组各自建立的五次谐波磁动势表达式五次谐波磁势（2）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍，三相绕组各自建立21三相合成五次谐波磁动势五次谐波磁动势性质：转速为基波转速的1/5.；转向与基波转向相反；幅值：结论可推广到＝6k－1次的谐波。三相合成五次谐波磁动势五次谐波磁动势性质：结论可推广到＝622（3）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍，三相绕组各自建立的七次谐波磁动势表达式七次谐波磁势（3）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍，三相绕组各自建立23三相合成七次谐波磁动势七次谐波磁动势性质：转速为基波转速的1/7.；转向与基波转向相同；幅值结论可推广到＝6k＋1次的谐波。三相合成七次谐波磁动势七次谐波磁动势性质：结论可推广到＝624例题：P135，4-4例题：P135，4-425交流绕组建立的磁动势总结交流绕组建立的磁动势总结26

同步转速的概念：电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速为某些固定值，如二极电机为3000r/min;这些固定的转速叫同步转速。同步转速同步转速的概念：同步转速27三、定子三相绕组建立的磁场

在气隙中以同步速n1旋转的基波磁动势及一系列以各种不同转速旋转的谐波磁动势在气隙中形成各自的旋转磁场。基波磁场为：

若气隙均匀，基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场；忽略铁耗，基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动势波的幅值位置重合；考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波磁动势波的幅值位置一个铁耗角。三、定子三相绕组建立的磁场在气隙中以同步速n1旋转的基波磁28

主磁通和漏磁通基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫主磁通。转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流；感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转矩，使电机旋转。谐波磁动势建立的谐波磁场也匝链定转子，但是对转子的作用不会产生有效的转矩，定子绕组产生的感应电动势的频率与基波频率一致，影响定子回路的电压平衡，作为漏磁场处理。主磁通和漏磁通基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转29主磁通主磁通30槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。端部漏磁通：匝联绕组端部的漏磁通。谐波漏磁通：谐波磁势会产生谐波磁通。

漏磁通定子绕组的漏磁通电机正常运转时，谐波磁通不会产生有用的转矩。槽漏磁通：由槽的一壁横越至槽的另一壁的漏磁通。漏磁通定子绕31

漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示:称为漏电抗。

转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势

漏电抗漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降32电抗公式：

影响漏电抗大小的因素漏电抗对电机的性能有很大的影响。电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。电抗公式：

33

转差率

切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速；转子的实际转速用n表示，转差Δn=n1-n。

转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。转差率：转差率切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。34

起动瞬间，n=0,s=1

理想空载运行时：n=n1,s=0

作为电动机运行时，s的范围在0--1之间。转差率一般很小，如s=0.03。制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与n反向，s>1

发电运行时，n高于同步转速n1,s<0.S值与电机运行状态的关系起动瞬间，n=0,s=1S值与电机运行状态的关系35§4－4交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势1、单个整距集中绕组的磁势一个整距线圈在异步电机中产生的磁势§4－4交流绕组建立的磁动势一、交流电机定子单相绕组的磁势136单个整距线圈的磁动势ωt=0,i=Imωt=90°,i=0ωt=180°,i=-Im结论：1整距线圈所形成的磁动势在任何瞬时，空间的分布总是一个矩形波。2这种从空间上看位置固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电流的频率。单个整距线圈的磁动势ωt=0,i=Imωt=90°,i=0ω37

磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计，线圈在一个气隙上施加的磁势为：

如果通过线圈的电流为正弦波，则矩形波的高度也将按正弦变化。一个位置固定，幅值随时间按正弦变化，矩形脉振磁势。矩形脉振磁势磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙如果通过线圈的电38

脉振磁势可以表示为为幅值

按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波

基波幅值为：

高次谐波的幅值为矩形波脉振磁势的分解脉振磁势可以表示为为幅值按照富立叶级数分解的方法可以把矩39基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变化。所以基波是一个正弦分布的正弦脉振磁势。其表达式为：基波在空间按正弦分布；在时间上，任何一个位置的磁势都按正弦变402、（1）整距分布绕组的磁势

由q个线圈构成的线圈组，由于线圈与线圈之间错开一个槽距角，称为分布绕组。

取单个线圈的基波进行分析（为正弦脉振磁势），q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角；

线圈组的磁势为：2、（1）整距分布绕组的磁势由q个线圈构成的线圈组，由41线圈组的合成基波磁动势——基波磁动势的分布因数基波磁动势矢量相加线圈组的合成v次谐波磁动势（1）单层整距线圈组磁动势线圈组的合成基波磁动势——基波磁动势的分布因数基波磁动势矢量42

一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和5次、7次谐波磁动势的分布因数。例题解每相每极槽数q和槽距角α值分布绕组的合成磁动势中谐波含量要比集中绕组中小得多。采用分布绕组是改善磁动势波形的有效措施之一。单层整距线圈组磁动势一台四极三相异步电动机，定子槽数为36，计算其基波和5次、43（2）双层短距绕组的磁势

双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组

两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角；

双层短距绕组的磁势等于错开一个短距角的两个单层绕组的磁势在空间叠加。（2）双层短距绕组的磁势双层整距绕组可以等效为两个整距单层44双层短距绕组的磁势为：双层短距绕组的磁势为：45如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所以多极电机只研究每对极磁动势就行了。

一相绕组的总磁动势平均作用于各个磁极，单相绕组磁动势，不是一相绕组的总磁动势，而是作用于一个磁极的磁动势。-9009002700如果只看每对极产生的磁动势，与上面的两极电机完全一样，所463、单相绕组磁势的统一表达式

为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I、每相串联匝数N1等概念。

统一公式：

单相绕组产生的基波磁势仍然是正弦脉振磁势，磁势幅值位置与绕组轴线重合，时间上按正弦规律脉振。3、单相绕组磁势的统一表达式为了统一表示相绕组的磁势，引47

单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉振。

考虑单相绕组电流产生的谐波磁势，其统一表达式为：单相绕组产生的谐波磁势也是正弦脉振磁势，时间上按正弦规律脉483、单相绕组的磁动势结论：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置上固定、幅值随时间变化的脉振磁动势。2）单相绕组的基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合。3）单相绕组脉振磁动势中的基波磁动势幅值v

次谐波磁动势幅值为谐波次数越高，幅值越小3、单相绕组的磁动势结论：1）单相绕组的磁动势是一种空间位置49v次谐波绕组系数kwv=kqvkyv。总结：4绕组由集中的改为分布的，基波合成磁动势幅值应该打一个折扣kq1；5线圈由整距改为短距的基波合成磁动势幅值应该打一个折扣ky1；6

基波绕组系数kw1=kq1ky1，由短距线圈组成的分布绕组的基波合成磁动势幅值等于具有相同匝数的整距集中绕组的基波合成磁动势幅值乘以系数v次谐波绕组系数kwv=kqvkyv。总结：450二三相绕组的磁动势1三相绕组的合成基波磁动势二三相绕组的磁动势1三相绕组的合成基波磁动势511三相绕组的合成基波磁动势1三相绕组的合成基波磁动势52三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：1一个空间上正弦分布，幅值大小不变的圆形旋转磁动势波。2合成基波磁动势的幅值是单相基波磁动势幅值的3/2倍。3

若电流是正序A-B-C的，则磁动势波旋转方向是从A相转向B相，再转向C相。

如果电流是负序A-C-B的，则磁动势波旋转方向是从A相转向C相，再转向B相。

因此，如果要改变三相异步电动机磁场的旋转方向，只要改变定子电流的相序，把定子绕组三个出线端的任意两个（例如B端和C端）对调即可。4旋转磁场的电角速度在数值上等于定子电流的角速度，其基波磁动势的同步转速三相绕组的合成基波磁动势的性质及特点：1一个空间上正弦535产生旋转磁动势的条件：必须有两个或两个以上的绕组；绕组的轴线在空间上必须错开（但不能互差0或180）；绕组内的电流在时间上必须有相位差（但不能互差0或180）。6对称m相绕组通过对称m相电流时，所生成的磁动势是一个圆形旋转磁动势，转速为5产生旋转磁动势的条件：54三相绕组的合成次谐波磁动势（1）三次谐波磁动势的极对数是基波的三倍，三相绕组各自建立的三次谐波磁动势表达式三相合成的三次谐波磁动势三相合成的三次谐波磁动势为零。这个结论可推广到＝6k－3的谐波次数。

三相绕组的合成次谐波磁动势（1）三次谐波磁动势的极对数是基55（2）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍，三相绕组各自建立的五次谐波磁动势表达式五次谐波磁势（2）五次谐波磁动势的极对数是基波的五倍，三相绕组各自建立56三相合成五次谐波磁动势五次谐波磁动势性质：转速为基波转速的1/5.；转向与基波转向相反；幅值：结论可推广到＝6k－1次的谐波。三相合成五次谐波磁动势五次谐波磁动势性质：结论可推广到＝657（3）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍，三相绕组各自建立的七次谐波磁动势表达式七次谐波磁势（3）七次谐波磁动势的极对数是基波的七倍，三相绕组各自建立58三相合成七次谐波磁动势七次谐波磁动势性质：转速为基波转速的1/7.；转向与基波转向相同；幅值结论可推广到＝6k＋1次的谐波。三相合成七次谐波磁动势七次谐波磁动势性质：结论可推广到＝659例题：P135，4-4例题：P135，4-460交流绕组建立的磁动势总结交流绕组建立的磁动势总结61

同步转速的概念：电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速为某些固定值，如二极电机为3000r/min;这些固定的转速叫同步转速。同步转速同步转速的概念：同步转速62三、定子三相绕组建立的磁场

在气隙中以同步速n1旋转的基波磁动势及一系列以各种不同转速旋转的谐波磁动势在气隙中形成各自的旋转磁场。基波磁场为：

若气隙均匀，基波磁场也是以同步速旋转的圆形磁场；忽略铁耗，基波磁密波的幅值位置与产生它的基波磁动势波的幅值位置重合；考虑铁耗，基波磁密波的幅值位置落后于产生它的基波磁动势波的幅值位置一个铁耗角。三、定子三相绕组建立的磁场在气隙中以同步速n1旋转的基波磁63

主磁通和漏磁通基波旋转磁场产生的经过气隙，同时匝链定子和转子绕组的磁通叫主磁通。转子绕组切割主磁通并在转子中产生感应电流；感应的转子电流在磁场中受到电磁力的作用而形成驱动转矩，使电机旋转。谐波磁动势建立的谐波磁场也匝链定转子，但是对转子的作用不