电机第十一章交流电机绕组的磁动势和气隙磁场.ppt

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 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 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 11 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 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 IB Imcos 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I2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A B C轴 逆时针旋转 B A C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 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