電機學第交流繞組的磁勢

電機學第交流繞組的磁勢第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二交流繞組的磁勢

流經(jīng)異步電機定子繞組與轉子繞組的電流以及同步電機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)，且是時間函數(shù)。研究磁勢的空間分布規(guī)律；研究磁勢的時間變化規(guī)律。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二研究步驟：①單相繞組的磁勢；②對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢；③不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢；④磁勢的高次諧波分量。第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二假設：繞組中的電流隨時間按正弦規(guī)律變化，不考慮高次諧波電流；槽內電流集中在槽中心處；定、轉子間氣隙均勻，不考慮由于齒槽引起的氣隙磁阻變化，即氣隙磁阻是常數(shù)；鐵芯不飽和，忽略定、轉子鐵芯的磁壓降。第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二整距元件的磁勢整距元件——y=，通以電流后：在氣隙空間形成一對磁極，且兩個氣隙的磁通密度相同。磁力線穿過轉子鐵心，定子鐵心和兩個氣隙

相對于氣隙而言,由于鐵心磁導率極大,鐵芯消耗的磁勢降可以忽略不計

一個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:

ic=sqrt(2)Iccosωt

則矩形波的高度也按正弦變化。第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二整距元件的磁勢（a）兩極磁勢（b）磁勢分布波第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二每極磁勢沿氣隙分布呈矩形波，縱坐標的正負表示極性。由于電流隨時間按正弦規(guī)律變化，所以磁勢波的高度也隨時間按正弦規(guī)律變化，但空間位置固定不變（磁軸不變）。脈動的頻率決定于電流的頻率。矩形波可分解為基波及各次諧波。性質：脈動磁勢脈動磁勢第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二脈動磁勢的分解第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二N極下磁密與S極下磁密對稱由于結構對稱，每極下磁密波對磁極中心線對稱，偶數(shù)次諧波對中心線非對稱，因而不存在第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二基波也是脈動的基波在空間按正弦分布；在時間上，任何一個位置的磁勢都按正弦變化。所以基波是一個正弦分布的正弦脈振磁勢。第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二單層繞組的磁勢單層繞組：每對極下由q個元件組成元件組，各元件在空間依次相距電角度，設各元件的匝數(shù)相等，當流過電流，便產(chǎn)生q個振幅相等、空間依次相距電角度的矩形磁勢波。把每個矩形波分別進行分解，都含有基波分量和一系列高次諧波分量第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二階梯形第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二分析：設q=3，a=20°三個矩形磁勢波的3個基波磁勢分量，它們的振幅相等，空間相位差20°電角度，把三個正弦波曲線相加得到元件組的磁勢基波。元件組（合成）磁勢的基波振幅為：v次諧波振幅：第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二雙層繞組的磁勢雙層繞組：每對極有兩個元件組，把兩個元件組的磁勢疊加，便得到雙層繞組的磁勢。雙層繞組通常是短矩繞組，從產(chǎn)生磁場的觀點來看，磁勢只決定于槽內導體電流的大小和方向，與元件的組成次序無關。把實際的短距繞組所產(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。第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二雙層短距繞組的磁勢在分析磁場分布式時，雙層繞組可以等效為兩個整距單層繞組兩個等效單層繞組在空間分布上錯開一定的角度，這個角度等于短距角第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二相當于單層繞組的分布情況之間相差電角度也相當于分布第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二分析：雙層繞組磁勢的基波振幅：磁勢的v次諧波振幅：第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二結論：單相繞組的磁勢第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二(1)單相分布繞組的磁勢呈階梯形分布，隨時間按正弦規(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，繞組分布和適當短距有利于改善磁勢波形。(3)基波和各次諧波有相同的脈動頻率，都決定于電流的頻率。(4)v次諧波的極對數(shù)為

v次諧波的極距第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二強調：磁勢是時間函數(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。電勢可以合并，有串聯(lián)或并聯(lián)第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二脈動磁勢分解成兩個旋轉磁勢脈動磁勢波的節(jié)點和幅值的位置是固定不變的。在空間按正弦規(guī)律分布隨時間按正弦規(guī)律變化的脈動磁勢可以分解為兩個旋轉磁勢分量每個旋轉磁勢：振幅為脈動磁勢振幅的一半，旋轉速度相同，旋轉方向相反?；ǚ至康?2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二性質：兩矢量以相同角速度向相反方向旋轉，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），但大小隨時間變化。脈動磁勢的振幅的空間位置在相軸上。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢設各相的電流瞬時值為iA、iB、iC，各相磁勢的基波分量分別：第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二討論：三個相繞組有三個磁軸。不論iA、iB、ic是否對稱，就每相繞組而言，均產(chǎn)生一脈動磁勢，作用在各自的磁軸上。第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二對稱的情況下，由于各相電流的有效值相等，各相脈動磁勢的最大幅值也相等。各相脈動磁勢均分解成兩個相反方向旋轉的旋轉磁勢：各相電流所產(chǎn)生的正向旋轉磁勢在空間均為同相，所產(chǎn)生的負向旋轉磁勢空間相位差120°。合成后，正向旋轉磁勢直接相加，負向旋轉磁勢相互抵消第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二結論：當對稱的三相電流流過對稱的三相繞組時，合成磁勢為一旋轉磁勢1．極數(shù) 基波旋轉磁勢的極數(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磁勢振幅的3/2倍。3．轉速 角速度ω=2πf（電弧度/s）

n1=f/p（r/s）=60f/p(r/min)同步轉速，基波轉速。4．幅值位置 合成磁勢的振幅的位置隨時間而變化，出現(xiàn)在ωt-x＝0處。當某相電流達到最大值時，旋轉磁勢的波幅剛好轉到該線繞組的軸線上5．旋轉方向由超前電流的相轉向滯后電流的相

改變旋轉磁場轉向的方法：調換任意兩相電源線（改變相序）第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二圓形旋轉磁勢當電流為一對稱的三相電流時，合成磁勢僅有正序旋轉磁勢F。當矢量F旋轉時，端點軌跡為圓。第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二不對稱三相電流流過對稱三相繞組的基波磁勢將不對稱的三相系統(tǒng)分解為三個對稱的系統(tǒng)，即正序系統(tǒng)、負序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)。每相電流分解為三個分量，每相磁勢也可分解為三個分量。當正序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生正向旋轉磁勢——正序旋轉磁勢當負序電流流過三相繞組時，產(chǎn)生負向旋轉磁勢第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二零序電流的磁勢：當繞組為星形聯(lián)接時，各相零序電流為零，不存在零序磁場。當繞組按三角形連接時，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，也不產(chǎn)生旋轉磁場。第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二橢圓形旋轉磁勢當電流為一不對稱的三相電流，合成磁勢將有兩個分量：正序分量和負序分量，各以同步速向相反方向旋轉。在任一瞬間的合成磁勢仍按正弦分布，用旋轉矢量表示為空間矢量和，不同時刻，有不同的振幅，其端點軌跡為一橢圓第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二磁勢的空間諧波分量0.9第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二合成磁勢：基波分量合成為正向的旋轉磁勢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v＝6k-1的各次空間諧波均為負向旋轉磁勢v=6k+1的各次空間諧波均為正向旋轉磁勢第36頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二磁勢的時間諧波分量第37頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二諧波磁場的不良影響:1.產(chǎn)生諧波感應電勢。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)。2.諧波磁勢產(chǎn)生的附加力矩。將會影響電動機的起動力矩和過載能力。設計時應當盡量設法削弱磁勢的高次諧波分量，特別要削弱其中影響最大的5次諧波和7次諧波。與削弱諧波電勢一樣，通常采用適當