物理绕组磁动势课件.pptx

1、交流绕组磁动势 单相绕组磁动势 单层集中绕组的磁动势 单层短距绕组的磁动势 单层分布绕组的磁动势 单层相绕组的磁动势 双层短距分布相绕组的磁动势 三相绕组合成磁动势 圆形和椭圆形旋转磁动势 1.单层集中绕组的磁动势 u A相通交流电流i后，将产生一个2极磁场。u 每根磁力线所构成的磁通闭合回路的磁动势均为iNc。u 略去定、转子铁心中的磁阻，该磁动势消耗在两个气隙中，每个气隙中消耗的磁动势为iNc/2。u Z=6，p=1，三相单层绕组。q=1，相当于集中绕组，每相只有1个整距线圈，匝数为 Nc。一、单相绕组磁动势u 磁动势波形为矩形波。当线圈电流i随时间按正弦规律交变时，矩形波的高度为 u u

2、 矩形波的高度和正负随时间变化，变化的快慢取决于电流的频率。tINiNFysin222cccu 将气隙圆周展开，得到磁动势沿圆周的空间分布波形。气隙圆周某点的磁动势表示由该定子磁动势所产生的气 隙磁通通过该点气隙的磁压降。u 将坐标原点取在线圈AX的中心线上，利用傅里叶级数将该磁动势波形展开为如下级数形式tINtINFFtfyyysin)2sin(9.0sin)2sin(22cos),(cccc,5,3,1u=1称为基波，=3，5，7.称为谐波。u 基波磁动势表达式（v=p)tINFFtfyyysin9.0cos),(cc111幅值u 基波磁动势沿气隙圆周有p个完整的正弦波，极对数为p 例如Z

3、=12，p=2的三相单层绕组。q=1，每相有2个整距线圈。特点u在空间的任何一点，磁动势的大小随时间按正弦规律变化。这种空间位置固定不动，但波幅的大小和正负随时间变化的磁动势称为：脉振磁动势脉振磁动势。2.短距绕组的磁动势y11上122极距1下等效为整距绕组Fqm1下 Fqm1上Fqy1Fqm1上Fqm1下Fqy1)1(1y短距绕组磁势合成将短距绕组形成的磁动势看成是整距绕组磁动势的合成。两个整距线圈磁动势幅值均为Fq1，相互间的位移为角。两矢量相加，得到短距绕组的磁动势11112cos22qqyFFF k11111(1)coscossin()2222qyyqyFykF基波磁动势短距系数代表采

4、用短距线圈后磁动势比整距时打的折扣1cossin()22yvyk同样，对于高次谐波磁动势基波磁动势短距系数2qyFF k 3.单层分布绕组的磁动势 u 以Z=18，p=1的三相单层绕组为例。每相有1个线圈组，q=3，每个线圈组有3个整距线圈。A1X1、A2X2、A3X3串联成一个线圈组，构成A相绕组。u A相通交流电流i后，产生一个2极磁场。u 采用磁动势迭加原理，三个线圈分别产生矩形波磁动势。磁动势波形一样，依次位移槽距电角1度。u 各线圈磁动势的基波分量为空间分布正弦波，既是时间相量，又是空间向量u 磁动势空间矢量的长度代表幅值的大小，矢量的位置代表幅值所处的空间位置。u 将三个矩形波叠加

5、起来，得到分布绕组磁动势波形阶梯波阶梯波。u 合成磁动势为脉振磁动势。u 合成磁动势基波幅值位于线圈组的中心线上。u 将坐标原点取在线圈组的中心线上，基波磁动势波表达式为cos),(11qqFtfu 将各线圈的基波磁动势矢量相加得到分布相绕组磁动势基波矢量。u 考虑到一般情况，对于q个线圈构成的线圈组，与线圈组电动势的推导相似，可推导出单层分布相绕组合成磁动势基波幅值为 2sin2sinsin9.02sin2sin111c1c1111qqktIkqNqqqFFqqyqu kq1为基波磁动势的分布系数基波磁动势绕组系数 若绕组既是分布绕组又是短距绕组，和整距线圈磁动 势幅值相比较则需打两个折扣:

6、wvqykk k谐波磁动势绕组系数111wqykk k 4.短距分布绕组的磁动势 5 相绕组磁动势相绕组磁动势的分析 相绕组的结构特点；相绕组磁动势中的分数次项（抵消）；相绕组磁动势中的偶数次项（抵消？）；相绕组磁动势中的奇数次项。u 相绕组磁动势基波幅值cc11m 122 2sin2 2sinsinwwpqNaIaktpNk ItFtpu Fm1称为相绕组脉振磁动势的振幅，它表示相绕组脉振磁动势幅值的最大值11m 12 20.9wwNk INk IFpp kw1=ky1kq1为基波磁动势绕组系数 I=aIc为相电流有效值 N=为双层绕组每相串联总匝数 111111112222 22sinqy

7、qywccFF kqFk kqFkqN Itc2pqNau 对于相绕组磁动势中的次谐波，其磁动势的表达式 mm(,)sincos2 20.9wwftFtNk INk IFpp131,3,5,571(,)cos0.9coscos3311cos5cos7.sin57mwwwwwNIf tFkkkpkkt单相绕组磁动势特点 单相绕组磁动势的性质是脉振磁动势，它既是时间的函数又是空间角度函数；基波、谐波的波幅必在相绕组的轴线上；次谐波磁动势幅值与kw成正比，与成反比，因此可以采用短距和分布绕组来削弱高次谐波；为奇数次的。6 双层短距分布相绕组的磁动势 u单绕组的磁动势；u短距绕组的磁动势；u分布绕组的

8、磁动势；u相绕组的磁动势；（分数次，奇数次，偶数次）u 相绕组磁动势基波幅值cc11m 122 2sin2 2sinsinwwpqNaIaktpNk ItFtpu Fm1称为相绕组脉振磁动势的振幅，它表示相绕组脉振磁动势幅值的最大值11m 12 20.9wwNk INk IFpp kw1=ky1kq1为基波磁动势绕组系数 I=aIc为相电流有效值 N=为双层绕组每相串联总匝数 111111112222 22sinqyqywccFF kqFk kqFkqN Itc2pqNau 对于相绕组磁动势中的次谐波，其磁动势的表达式 mm(,)sincos2 20.9wwftFtNk INk IFpp131

9、,3,5,571(,)cos0.9coscos3311cos5cos7.sin57mwwwwwNIf tFkkkpkkt 7.脉振磁势分解11111(,)sincos11sin()sin()22mmmftFtFtFtff11111(,)sin()cos()222mmftFtFt 幅值只有原脉振磁动势的幅值的一半 为行波的表达式：给定时间，磁动势在空间按正弦规律分布 随着时间推移，磁动势位置发生偏移0t3t 7.1 脉振磁场中的正向分量23t22mk 223mk 2223mk m22tk磁势最大值出现位置满足：把上式微分，可得行波速度mddt行波在电机里即为旋转波！7.2 脉振磁场中的反向分量

10、与正向旋转磁场分量相似 只不过行波方向相反，即在电机内旋转方向相反111(,)sin()2mftFt(,)sin()mf tFt只要形如(,)cos()mf tFt均为行波1111111(,)sincos11sin()sin()2211cos()cos()2222mmmmftFtFtFtFttffFFF 7.3 脉振磁场中的分量合成为什么两个旋转的磁动势，合成以后是一个空间位置不动的脉振磁动势？问题11111111(,)coscos11cos()cos()2211cos()cos()22mmmmmftFtFtFtFtFtffFFF演示动画问题如何仅保留一个方向的旋转磁场？u A、B、C三相对称

11、绕组流过三相电流对称电流，设三相电流瞬时值表达式如下)240sin(2)120sin(2sin2CBAtIitIitIiu A、B、C每相绕组产生的磁动势均为脉振磁动势，其基波的幅值位于各相绕组轴线上。1 基波磁动势基波磁动势二、三相绕组磁动势u 三相合成磁动势基波表达式为1A1B1C1m 1m 1m 1m 11m 11m 11(,)(,)(,)(,)sincossin(120)cos(120)sin(240)cos(240)11sin()sin()2211sin()sin(120)2211sin()sin(22mmmf tftftftFtFtFtFtFtFtFtFtFm 11120)3sin

12、()2sin()tFtFtiiuiviwiu0t33三相电流波形11m 131.352WNkIFFpu F1为三相合成磁动势基波的幅值 u 这是一种行波，即三相合成磁动势基波在空间旋转，波幅不变。1A1B1C11(,)(,)(,)(,)=sin()f tftftftFtu 三相合成磁动势基波旋转的电角速度和转速)/(2dd1秒电弧度ftmin)/r(6026011pfpn 行波在电机定子内环形成圆周运动 2、磁动势矢量合成法磁动势矢量合成法1A1B1C1m 1m 1m 1m 11m 11m 11(,)(,)(,)(,)sincossin(120)cos(120)sin(240)cos(240)

13、11sin()sin()2211sin()sin(120)2211sin()sin(22mmmf tftftftFtFtFtFtFtFtFtFtF120)tm 113sin()2sin()FtFt112233FFFFFFFF可以看出：123112mFFFF123FFF、空间上依次相差120矢量和为0叠加后，只有正向分量，且幅值为132mF三相对称绕组通入三相对称电流产生的三相合成磁动势基波是一个波幅恒定不变的旋转磁动势，其幅值等于每相脉振磁势振幅的32倍；合成磁动势基波的转速与三相电流的频率和绕组的极对数有关；当某相电流达到最大值时，合成磁动势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上；电流在时间上经过多

14、少角度，合成磁动势在空间上转过相同的电角度；旋转磁动势由超前相电流所在的相绕组轴线转向滞后相电流所在的相绕组轴线。改变电流的相序，则旋转磁动势改变转向。三相绕组合成磁动势基波的特点总结如下：三相合成磁动三相合成磁动势及其基波势及其基波A、B、C相绕相绕组磁动势及其组磁动势及其基波基波u 三相合成磁动势是阶梯波；u 除基波外，有奇数次谐波。四、三相绕组合成磁动势谐波(1)(1)在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场在转子表面在同步电机中，谐波磁通势所产生的磁场在转子表面 产生涡流损耗，使电机发热，产生涡流损耗，使电机发热，。(2)(2)在感应电机中，谐波磁场产生寄生转矩，影响其起动性在感应电机中，

15、谐波磁场产生寄生转矩，影响其起动性 能；损耗能；损耗，coscos ，温升，温升 ，。谐波磁通势的影响谐波磁通势的影响 对于次谐波A相磁势B相磁势C相磁势 三相合成磁势(,)sin()cos()AmftFt22(,)sin()cos()33BmftFt 22(,)sin()cos()33CCftFt(,)(,)(,)(,)vAvBvCvf tftftft11(,)sin()sin()22AvmvmvftFtFt1212(,)sin(1)sin(1)2323BmmftFtFt1212(,)sin(1)sin(1)2323CmvmvftFtFt1)3次谐波 各相的3次谐波磁动势表达式为 在三相对称

16、绕组中，合成磁动势不存在3次及3的倍数次谐波，即不存在3，9，15，次谐波 A3m 3B3m 3C3m 3sincos3sin(120)cos3(120)sin(240)cos3(240)fFtfFtfFt3A3B3C3m 3sinsin(120)sin(240)cos30ffffFttt2)5次谐波和7次谐波)7sin(23)5sin(237m75m5tFftFf 三相5次谐波的合成磁动势是一个幅值恒定的旋转波，其转速是基波转速的1/5，即n5=n1/5，转向与基波磁动势转向相反。三相7次谐波的合成磁动势也是一个幅值恒定的旋转波，其转速是基波转速的1/7，即n7=n1/7，转向与基波磁动势转

17、向相同。普遍讲，当=6k-1(k=1,2,)时，三相合成与基波转向相反；当=6k1(k=1,2,)时，三相合成谐波磁动势与基波转向相同。合成谐波磁动势的转速是基波转速的1/，即 n=n1/。3）=6n-1的合成磁势=6n-1，n=0,1,2,3,时的合成磁势 合成磁势11(,)sin()sin()22AvmvmvftFtFt121sin()sin()232mvmvFtFt121sin()sin()232mvmvFtFt3(,)sin()2vmvf tFt1212(,)sin(1)sin(1)2323BmmftFtFt1212(,)sin(1)sin(1)2323CmvmvftFtFt4）=6n

18、+1的合成磁势=6n+1，n=0,1,2,3,时的合成磁势 合成磁势11(,)sin()sin()22AvmvmvftFtFt112sin()sin()223mvmvFtFt112sin()sin()223mvmvFtFt3(,)sin()2vmvf tFt1212(,)sin(1)sin(1)2323BmmftFtFt1212(,)sin(1)sin(1)2323CmvmvftFtFt5）=3n的合成磁势=3n，n=0,1,2,3,时的合成磁势 合成磁势11(,)sin()sin()22AvmvmvftFtFt1212sin()sin2323mvmFtFt1212sin()sin2323mv

19、mvFtFt(,)0vf t1212(,)sin(1)sin(1)2323BmmftFtFt1212(,)sin(1)sin(1)2323CmvmvftFtFt 三相对称绕组通入三相对称电流后，每次谐波的两个旋转分量中被抵消一个 三次及3的整数倍谐波恒为0 次谐波幅值为基波幅值的1/,谐波磁动势的转速是基波转速的1/问题问题 能否将除基波外的其他谐波全部消除？能否将除基波外的其他谐波全部消除？如何消除？如何消除？u 在对称的三相绕组中流过对称的三相电流时，气隙中的合成磁动势是一个幅值恒定、转速恒定的旋转磁动势，其波幅的轨迹是一个圆，故这种磁动势称为圆形旋转磁动势，相应的磁场称为圆形旋转磁场。三

20、、圆形和椭圆形旋转磁动势问题是不是只有空间对称三相绕组中通入对称三相电流时，才能形成圆形旋转磁动势？是不是只有空间对称三相绕组中通入对称三相电流时，才能形成旋转磁动势？前面知道：椭圆磁动势 电机定子槽中放置两个空间相距90度电角度的线圈AX，BY（两相对称线圈），但串联有效匝数不相等，分别为NAkW和NBkW，分别在两相绕组中通入电流2cos2cos(90)AABBiItiIt并且AA WBBWI N kI N k0.9AA WmI N kFp即两绕组相磁动势幅值不同，mAmBFF上式是交流绕组磁动势的通用表达式。当F+=0或F-=0时，就得到圆形旋转磁动势；当F+和F-都存在、且F+F-时，便是椭圆形旋转磁动势；当F+=F-时，便得到脉振磁动势。一个脉振磁动势可分解成两个旋转磁动势。)cos()cos(),(tFtFtf结论