第十一章 交流电枢绕组的磁动势.ppt

第十一章交流电枢绕组的磁动势,本章重点讨论的问题:认识气隙磁动势单相绕组磁动势脉振磁动势三相绕组合成磁动势旋转磁动势要求：1.掌握磁动势的概念与基本公式；2.掌握产生各磁势的条件及特点；3.了解用三角函数和向量来表示磁动势；,认识交流电机的电枢（定子）磁场,1从实例看电枢磁场在能量转换中的作用,从同步电动机模型理解电枢磁场在能量转换中的作用：电枢的旋转磁场的磁极代替手动磁铁的驱动作用。,1从实例看电枢磁场在能量转换中的作用,电枢的旋转磁场的磁极代替手动磁铁的驱动作用。,从同步发电机能量转换关系理解电枢磁场在能量转换中的作用,同步发电机示意图:从转子可以输入数十万千瓦机械功率，但是转子不会超速，也是因为定子表面有等效磁极的阻力,2交流电枢绕组磁动势问题的知识结构,目的：学会如何分析对称三相绕组产生的旋转磁场，认识其特点；,方法：从气隙磁动势入手进行分析；,过程：一个载流线圈（集中整距绕组）的磁场与磁势；一相绕组电流的磁势；三相绕组流过对称三相电流的磁势；,11-1单层集中整距绕组的一相磁动势,交流电机模型图（A相集中绕组）,1电枢单一线圈的磁路、磁极与磁力线分布,（1）带气隙载流铁心线圈的磁路与磁极：特点：假设通入直流电流，磁路在铁心范围内，气隙两侧为N,S极,1）电枢单一线圈的磁路与磁极,（2）磁路与磁极：从铁心线圈到定子铁心,特点：平行气隙变为圆形空间，磁路仍在铁心范围内；左侧气隙两侧为N,S极，右侧铁心内圆为N,S极。,（2）磁路与磁极：从铁心线圈到定子铁心,特点：外圆与槽形由方变圆，磁路仍在铁心范围内；铁心内圆仍为N,S极。,2）电枢单一线圈的磁力线分布,假设线圈中通入直流电流后所产生的磁场分布的特点：磁力线沿定子圆周均匀分布。（用数值计算方法得到）,2线圈磁动势的空间分布,在定子内圆表面建立空间圆弧坐标，以A相绕组轴线与定子内圆表面交点作为原点，坐标用电角度表示。把气隙圆周展成直线，横坐标表示沿气隙圆周的圆弧长。,3定子内圆气隙磁动势分布,铁心磁压降忽略不计，则线圈磁动势消耗在两段气隙上。每段气隙的磁势为线圈磁势的一半。（前页）,上述表达式磁势正负符号的规定：,结论：载流线圈所产生的气隙磁势沿定子内圆分布是矩形波，在导体处，气隙磁势发生突变。,磁力线出定子进气隙为正（N极为正）。,用傅里叶级数分解矩形波磁动势,如何处理矩形波磁势？为了得到所有绕组中电流共同产生的磁势与磁场。两个方法：各绕组矩形波磁势相加，或谐波分析后基波与各次谐波分别相加。仿照研究电势的方法，对矩形波磁势作傅里叶级数分解，得到在气隙空间分布的正弦变化的基波磁势与谐波磁势。,矩形波磁势的基波与谐波（分解）,磁势基波与谐波的物理意义,是对磁场空间波形进行的谐波分析基波与谐波物理意义同上一章转子磁场，但是现在由电枢电流产生。图中基波2极，五次谐波10极。注意2极基波与2极矩形波的异同,结论:1.基波磁动势的幅值是矩形波磁动式幅值fk的4/倍；谐波磁动势幅值为基波幅值的1/倍。,磁势基波与谐波的辐值与波长,2.基波磁动势波长与原矩形波波长一样，磁极对数亦相同（极距相同）；谐波的波长为基波的1/，极对数为基极波的倍。,4线圈中通入交变电流产生脉振磁动势,当线圈电流交变时，磁势沿气隙分布仍是矩形，但幅值随时间按余弦规律变化，也就是说整个磁势波发生脉振。,A相电流表达式,A相脉振磁势基波表达式（参见前面第3页）,单线圈脉振磁场分解示意图,A相脉振磁势谐波表达式（参见前面第3页）,结论：1）单个线圈当通入交流电流时产生在空间按矩形波分布、位置固定、波幅的大小和正负随时间变化的脉振磁势。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）基波与各次谐波脉振磁势随时间脉振的角频率相等，均等于电流的角频率。,A相脉振磁势幅值,当绕组具有P对极时A相脉振磁势幅值,注意：此处用N1，不是NK,图中，绕组具有两对极，每对极仍然只有一个线圈，磁力线回路包围的安匝数与一对极情况相同。习惯用电枢绕组一相串联匝数N1计算磁势，于是得到,P对极一相脉振磁势幅值,B相脉振磁势：根据+B轴线位置，理解空间函数关系,与磁势表达式对应的磁场、磁极：,C相脉振磁势表达式,A、B、C三相绕组的脉振磁势各自位置不变，正负交替地脉振。在相互错开三分之一周期的不同时刻分别达到其最大值。思考：三者的合成磁场有何特点？其最大值所在位置是固定的，还是变化的？,说明：三相绕组在空间对称分布；三相电流为对称、正弦交变；,11-2单层集中整距绕组的三相磁动势,问题：三相合成磁场的旋转磁场如何表达？其空间波形、幅值、转速、转向、参考位置如何确定?,为了回答这些问题，需要首先找到产生旋转磁场的三相合成磁势的特点,1形成旋转磁场的机理分析,1）对称分布的三个绕组轮流施加直流电流,1形成旋转磁场的机理分析,1）对称分布的三个绕组轮流施加直流电流,对称分布的三个绕组轮流施加直流电流，产生具有一定旋转效应的步进磁场,2）对称三相绕组轮流施加对称三相电流,A相电流最大时产生的磁场,此刻C相电流产生磁场,此刻B相电流产生磁场,A相电流最大瞬间各相电流的磁场及其合成磁场,A相电流最大时，合成磁场轴线与+A轴重合,B相电流最大时，合成磁场轴线与+B轴重合,C相电流最大时，合成磁场轴线与+C轴重合,a)、b)与c)三个图中，A、B、C三相电流依次达最大；合成磁场轴线依次与他们的轴线重合。,2三相合成基波磁动势,三个脉振基波磁动势表达式,2三相合成基波磁动势,1)三相合成基波磁动势表达式,合成基波磁动势幅值,得，三相合成基波磁动势表达式：,2）三相合成基波磁动势分析,（1）根据该磁动势产生的磁密表达式分析,三相对称绕组通入三相对称的电流，所产生的合成磁场为一个沿空间按正弦规律分布、波幅恒定的旋转磁场。,a,合成磁场磁密沿空间按正弦规律分布、波幅恒定。波幅所在位置随时间变化是定子内圆圆周坐标)。,（2）直接根据磁动势表达式分析,3）从数学表达式分析三相合成基波磁动势特点,e）转速根据幅值所在位置随时间的变化可以得到用电角度表示的转速：用机械角表示的转速:用每分钟转过的圈数表示的转速同步速：,3三相合成谐波磁动势,2）5次谐波磁动势转向与转速：与基波方向相反，转速等于基波的五分之一,1）3次谐波合成磁动势为零,拓展：根据频率公式分析不管基波磁场还是谐波磁场在电枢绕组中感应电势的频率都为相同频率（50Hz!）。,3）7次谐波磁动势转向与转速：与基波方向相同，转速等于基波的七分之一,11-3三相双层分布短距绕组的磁动势,1三相双层分布短距绕组的基波磁动势,2三相双层分布短距绕组的谐波磁动势,说明：谐波次数：5，7，11，136k+1次正转；6k-1次反转。,两槽单线圈磁力线分布,1)两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，含有大量谐波。,3图示说明分布、短距绕组的物理意义,6槽三相电机磁力线分布,2)6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，也含有大量谐波。,54槽短距分布绕组磁力线分布,3)54槽短距分布绕组磁场空间分布近似为正弦波，仅仅含有少量谐波。,5）合成磁动势中除包含基波磁动势分量外，还包含5、7、11等一系列奇数次谐波磁动势分量。,4三相绕组合成磁动势的特点总结,1）在三相对称绕组中，通入三相对称电流时，所产生的合成基波磁动势是沿空间正弦分布、波幅恒定的旋转磁动势，磁场的极数与绕组的极数相同。,2）转向总是从电流的超前相转到滞后相。,3）旋转磁场的转速为:,4）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。,11-4空间正弦分布磁场的表示,3函数表达式：,4空间正弦分布磁势（磁场）的矢量表示,1）空间正弦分布磁场的表示方法,（1）空间正弦分布磁场的磁极与磁力线,图中磁场的磁极与非均匀分布的磁力线表示磁场在空间正弦分布，属于A相电流产生的矩形波磁场的基波分量。,（2）空间正弦分布磁场的空间矢量表示,C）与磁力线分布的关系：在对称轴上，与磁力线同方向；,A）空间矢量长度=正弦波幅值；,B）与+A轴夹角=正波幅所在圆周电角度；,空间矢量表示方法：,2）正弦分布磁场的空间