第11章交流绕组磁势

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。同步手动动画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。定子旋转磁场动画2交流电枢绕组磁动势问题的知识结构方法：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）的磁场与磁动势；一相绕组电流的磁动势；三相绕组流过对称三相电流的磁动势。§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，气隙上下两侧为N,S极NS1）电枢单一线圈的磁路与磁极NS（2）平行气隙变为圆形空间，磁路仍在铁心范围内；气隙上下两侧仍为N,S极。（2）磁路与磁极：从铁心线圈到定子铁心SN特点：外圆与槽形由方变圆，磁路仍在铁心范围内；铁心内圆上下仍为N,S极。NS2）电枢单一线圈的磁力线分布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）123AX＋A2线圈磁动势的空间分布每一条磁力线构成的回路所包围的磁动势都是；忽略铁心消耗的磁压降，磁动势完全被两段气隙所消耗，因此每段气隙消耗的磁动势大小为，但两段气隙磁动势的方向是相反的。3定子内圆气隙磁动势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α表示。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。上述表达式磁势正负符号的规定：磁力线出定子进气隙为正（N极为正）。定子圆周展开动画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α表示。把气隙圆周展成直线，横坐标表示沿气隙圆周的空间电角度。

用傅里叶级数分解矩形波磁动势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的转子磁场，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/π倍；谐波磁动势幅值为基波幅值的1/ν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/ν，极对数为基极波的ν倍。4线圈中通入交变电流产生脉振磁动势点击此处链接脉振磁动势动画当线圈电流交变时，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（参见前面傅立叶分解）单线圈脉振磁场分解示意图A相脉振磁势谐波表达式（参见前面傅立叶分解）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：是每对极下磁动势，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B相电流建立的磁场的磁极与对称轴iB

B相磁势空间分布波形与磁势表达式对应的磁场、磁极：C相脉振磁势表达式A相、B相、C相脉振磁动势动画

特点：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

点击此处链接三相合成磁场动画

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?人浪表演三相绕组同时通入交流电产生旋转磁场1、交流绕组产生旋转磁场的机理存在时间差存在空间位置差行波1、交流绕组产生旋转磁场的机理各相脉振磁动势存在空间位置差A相B相C相由于三相绕组通入的电流存在相位差，使脉振磁动势的脉振存在时间差1)

三个脉振基波磁动势表达式A相:B相:C相:1、交流绕组产生旋转磁场的机理（续）2)

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：3)

由表达式分析三相合成基波磁动势的特点时，正波幅在处。

时，正波幅在处。

时，正波幅在处。

三相对称绕组通入三相对称的电流，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。合成基波磁动势的特点：3)

三相合成基波磁动势的特点a）空间波形---旋转的正弦波，极数同绕组极数；b）正弦波磁势幅值恒定；c）转向：+A+B+C，顺相序转向；d）特定时刻位置：某相电流达到最大时，合成磁场轴线与该相绕组轴线重合；A相电流最大时，合成磁场轴线与+A轴重合+A+A时，B相电流最大时，合成磁场轴线与+B轴重合+B时，+CC相电流最大时，合成磁场轴线与+C轴重合时，①、②与③三个图中，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。+A+B+C①②③

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：2三相合成谐波磁动势

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。课堂小结：

1、单个线圈通入直流电流产生方波磁动势，方波磁动势可以分解为基波和一系列空间奇次谐波；

2、单个线圈通入交流电流产生脉振方波磁动势，也可以分解为基波和一系列空间奇次谐波，振幅随着时间变化，并且基波和谐波的振幅都在绕组轴线上；

3、对称三相绕组通入时间上互差

的交流电流，则每一相都产生脉振磁动势，都在各自绕组轴线上脉振，在空间上有相位差；同时各相脉振又存在时间差，因此形成旋转磁动势。§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：5，7，11，13…‘6k+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轴线转到滞后相轴线，(电流相序决定转向)。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位于该相绕组的轴线处。§11-4

空间正弦分布磁场的五种表示1函数表达式：3用磁极及磁力线表示：2波形表达：3用磁极及磁力线表示：4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