第七章交流繞組的磁動(dòng)勢

1、版權(quán)所有, 2000 東南大學(xué)電氣工程系交流電機(jī)共同理論之交流電機(jī)共同理論之 第七章第七章 交流繞組的磁勢交流繞組的磁勢提示 參考電機(jī)學(xué)交流繞組的磁勢交流繞組的磁勢l流經(jīng)異步電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的電流以及同步電機(jī)定子繞組的電流是交流電流，其所產(chǎn)生的磁勢不僅是空間函數(shù)，且是時(shí)間函數(shù)。l研究磁勢的空間分布規(guī)律；l研究磁勢的時(shí)間變化規(guī)律。研究步驟：研究步驟：l單相繞組的磁勢；l對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢；l不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢；l磁勢的高次諧波分量。假設(shè)：l繞組中的電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，不考慮高次諧波電流；l槽內(nèi)電流集中在槽中心處；l定、轉(zhuǎn)子間氣隙均勻，不考慮由

2、于齒槽引起的氣隙磁阻變化，即氣隙磁阻是常數(shù)；l鐵芯不飽和，忽略定、轉(zhuǎn)子鐵芯的磁壓降。整距元件的磁勢的磁勢l整距元件y= ，通以電流后：在氣隙空間形成一對磁極，且兩個(gè)氣隙的磁通密度相同。磁力線穿過轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心磁力線穿過轉(zhuǎn)子鐵心，定子鐵心和兩個(gè)氣隙和兩個(gè)氣隙 相對于氣隙而言相對于氣隙而言,由于鐵心磁導(dǎo)由于鐵心磁導(dǎo)率極大率極大,鐵芯消耗的磁勢降可以忽鐵芯消耗的磁勢降可以忽略不計(jì)略不計(jì) 一個(gè)氣隙上消耗的磁勢為：一個(gè)氣隙上消耗的磁勢為：fc=Ncic/2 如果通過線圈的電流為正弦波如果通過線圈的電流為正弦波: ic=sqrt(2)Iccost 則矩形波的高度也按正弦變化。則矩形波的高度也按正弦變化

3、。整距元件的磁勢（a）兩極磁勢（b）磁勢分布波l每極磁勢沿氣隙分布呈矩形波每極磁勢沿氣隙分布呈矩形波，縱坐標(biāo)的正負(fù)表示極性。l由于電流隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，所以磁勢磁勢波的高度也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，但波的高度也隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化，但空間空間位置固定不變（磁軸不變）位置固定不變（磁軸不變）。l脈動(dòng)的頻率決定于電流的頻率。l矩形波矩形波可分解為基波及各次諧波。性質(zhì)：脈動(dòng)磁勢性質(zhì)：脈動(dòng)磁勢脈動(dòng)磁勢脈動(dòng)磁勢的分解脈動(dòng)磁勢的分解1153119 . 05sinsin3sinsinsinsin5sin513sin31sin4sin2222sin2cccccccccccccccFFINFxtFxtFxtF

4、xxxtINfINFtIi傅立葉分解：則氣隙磁勢的幅值設(shè)基波也是脈動(dòng)的基波也是脈動(dòng)的單層繞組的磁勢l單層繞組：每對極下由q個(gè)元件組成元件組，各元件在空間依次相距電角度，設(shè)各元件的匝數(shù)相等，當(dāng)流過電流，便產(chǎn)生q個(gè)振幅相等、空間依次相距電角度的矩形磁勢波。l把每個(gè)矩形波分別進(jìn)行分解，都含有基波分量和一系列高次諧波分量分析：分析：設(shè)設(shè)q=3，a=20 l三個(gè)矩形磁勢波的3個(gè)基波磁勢分量，它們的振幅相等，空間相位差20電角度，把三個(gè)正弦波曲線相加得到元件組的磁勢基波。l元件組（合成）磁勢的基波振幅為：lv次諧波振幅：cdcdcqIKqNkqFF11119 . 0cdcdcqIkNqkqFF9 . 0雙

5、層繞組的磁勢l雙層繞組：每對極有兩個(gè)元件組，把兩個(gè)元件組的磁勢疊加，便得到雙層繞組的磁勢。l雙層繞組通常是短矩繞組，從產(chǎn)生磁場的觀點(diǎn)來看，磁勢只決定于槽內(nèi)導(dǎo)體電流的大小和方向，與元件的組成次序無關(guān)。l把實(shí)際的短距繞組所產(chǎn)生的磁勢，等效地看成由上、下層整距繞組產(chǎn)生的磁勢之和。雙層短距繞組的磁勢雙層短距繞組的磁勢在分析磁場分布式時(shí)，雙層繞組可以等效為兩個(gè)整距單層繞組兩個(gè)等效單層繞組在空間分布上錯(cuò)開一定的角度，這個(gè)角度等于短距角2sin2sin1qqkd2cos1pk分析：分析：l雙層繞組磁勢的基波振幅：cNccdpcpqmIkqNIkkqNkFF11111129 . 029 . 02cNccdpc

6、pqmIkqNIkkqNkFF29 . 029 . 02磁勢的v次諧波振幅：結(jié)論：單相繞組的磁勢結(jié)論：單相繞組的磁勢xtFxtFxtFxkxkxktIpNfmmmwww5sinsin3sinsinsinsin5sin513sin31sinsin9 . 0531531xtFxtIpNkfmNsinsinsinsin9 . 0111, 7 , 5 , 3,sinsinsinsin9 . 0 xtFxtIpNkfmN(1)單相分布繞組的磁勢呈階梯形分布，隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化。(2)磁勢的基波分量是磁勢的主要成分，諧波次數(shù)越高，振幅越小，繞組分布和適當(dāng)短距有利于改善磁勢波形。(3)基波和各次諧波有相同

7、的脈動(dòng)頻率，都決定于電流的頻率。(4) v次諧波的極對數(shù)為 v次諧波的極距pp11ccFF1ff 強(qiáng)調(diào)：l磁勢是時(shí)間函數(shù)，呈空間分布，各對磁極分別有各自的磁路，不能合并不同空間的各對磁極的磁勢。脈動(dòng)磁勢分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢脈動(dòng)磁勢分解成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢脈動(dòng)磁勢波的節(jié)點(diǎn)和幅值的位置是固定不變的。脈動(dòng)磁勢波的節(jié)點(diǎn)和幅值的位置是固定不變的。l在空間按正弦規(guī)律分布隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁在空間按正弦規(guī)律分布隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁勢可以分解為勢可以分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢分量兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢分量l每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢：振幅為脈動(dòng)磁勢振幅的一半，旋轉(zhuǎn)速度每個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢：振幅為脈動(dòng)磁勢振幅的一半，旋轉(zhuǎn)速度相同，旋轉(zhuǎn)方向相反

8、相同，旋轉(zhuǎn)方向相反。xtFxtFxtFmmmcoscossinsin1211211性質(zhì)：性質(zhì)：l兩矢量以相同角速度向相反方向旋轉(zhuǎn)，任何瞬間合成磁勢的空間位置固定不變在該繞組的軸線處（繞組的軸線為磁軸或定義為相軸），但大小隨時(shí)間變化。l脈動(dòng)磁勢脈動(dòng)磁勢的振幅的空間位置在相軸上。xtFFmcos211xtFFmcos211對稱三相電流流過對稱三相對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢繞組的基波磁勢l設(shè)各相的電流瞬時(shí)值為iA、iB、iC，各相磁勢的基波分量分別：)120sin(421)120sin(421sin421111xipNkfxipNkfxipNkfCNCBNBANA討論：討論：l三個(gè)相繞組

9、有三個(gè)磁軸。l不論iA、iB、ic是否對稱，就每相繞組而言，均產(chǎn)生一脈動(dòng)磁勢，作用在各自的磁軸上。l對稱的情況下，由于各相電流的有效值相等，各相脈動(dòng)磁勢的最大幅值也相等。各相脈動(dòng)磁勢均分解成兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁勢：240coscos)240sin()240sin(120coscos)120sin()120sin(coscossinsin121121112112111211211xtFxtFxtFfxtFxtFxtFfxtFxtFxtFfmmmCmmmBmmmAxtFffffmCBAcos231各相電流所產(chǎn)生的正向旋轉(zhuǎn)磁勢在空間均為同相，所產(chǎn)生的負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢空間相位差120。合成后，正向旋轉(zhuǎn)

10、磁勢直接相加，負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢相互抵消結(jié)論：當(dāng)對稱的三相電流流過對稱的三相繞當(dāng)對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時(shí)，合成磁勢為一旋轉(zhuǎn)磁勢組時(shí)，合成磁勢為一旋轉(zhuǎn)磁勢1極數(shù)基波旋轉(zhuǎn)磁勢的極數(shù)與繞組的極數(shù)相同。2振幅合成磁勢的振幅為每相脈動(dòng)磁勢振幅的3/2倍。3轉(zhuǎn)速角速度=2f（電弧度/s）n1=f/p（r/s）=60f/p (r/min)同步轉(zhuǎn)速，基波轉(zhuǎn)速基波轉(zhuǎn)速。4幅值位置合成磁勢的振幅的位置隨時(shí)間而變化，出現(xiàn)在t-x0處。當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁勢的波幅剛好轉(zhuǎn)到該線繞組的軸線上5旋轉(zhuǎn)方向 由超前電流的相轉(zhuǎn)向滯后電流的相改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向的方法：調(diào)換任意兩相電源線（改變相序）圓形旋轉(zhuǎn)磁勢圓形旋轉(zhuǎn)磁

11、勢l當(dāng)電流為一對稱的三相電流時(shí)，合成磁勢僅有正序旋轉(zhuǎn)磁勢F。l當(dāng)矢量F旋轉(zhuǎn)時(shí)，端點(diǎn)軌跡為圓。不對稱三相電流流過對稱三相繞組不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢的基波磁勢l將不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個(gè)對稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負(fù)序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。l每相電流分解為三個(gè)分量，每相磁勢也可分解為三個(gè)分量。l當(dāng)正序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)磁勢正序旋轉(zhuǎn)磁勢l當(dāng)負(fù)序電流流過三相繞組時(shí)，產(chǎn)生負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢零序電流的磁勢：零序電流的磁勢：l當(dāng)繞組為星形聯(lián)接時(shí)，各相零序電流為零，不存在零序磁場。l當(dāng)繞組按三角形連接時(shí)，各相零序電流為同相位，由零序電流所產(chǎn)生的各相零序磁勢在空間相位差120電角度，適相抵消，

12、也不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢l當(dāng)電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩個(gè)分量：正序分量和負(fù)序分量，各以同步速向相反方向旋轉(zhuǎn)。在任一瞬間的合成磁勢仍按正弦分布，用旋轉(zhuǎn)矢量表示為空間矢量和，不同時(shí)刻，有不同的振幅，其端點(diǎn)軌跡為一橢圓tFFFFvuF2cos22222磁勢的空間諧波分量磁勢的空間諧波分量合成磁勢：合成磁勢：基波分量合成為正向的旋轉(zhuǎn)磁勢3次諧波以及以3為倍數(shù)的奇次諧波分量，三相合成磁勢為零v6k-1的各次空間諧波均為負(fù)向旋轉(zhuǎn)磁勢v=6k+1的各次空間諧波均為正向旋轉(zhuǎn)磁勢xtFxtFxtFffffmmmCBA7cos235cos23cos23751磁勢的時(shí)間諧波分量磁勢的時(shí)間諧波分量)120(7sin2)120(5sin2)120(3sin2)120sin(2)120(7sin2)120(5sin2)120(3sin2)120sin(27sin25sin23sin2sin2753175317531tItItItIitItItItIitItItItIiCBAxtFfcos23合成磁勢：次諧波電流產(chǎn)生的三相xtFfcos23)(：次空間磁勢合成磁勢次諧波電流產(chǎn)生的三相諧波磁場的不良影響諧波磁場的不良影響:l1. 產(chǎn)生諧波感應(yīng)電勢。諧波電勢所產(chǎn)生的附加損耗不僅降低效率，而且降低功率因數(shù)。l2.諧波磁勢產(chǎn)生的附加力矩。將會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的起