电机拖动基础第6章-2

16.3交流电机电枢单相绕组的磁动势对于交流电机来说，无论是发电机还是电动机，当电枢绕组流过电流时，都要产生磁动势。什么是磁动势？三相交流电机的每相绕组在定子上的空间位置不一样，它们流过的交流电流的相位也不相同。产生的磁动势的大小、波形和性质（脉振还是旋转）？？？某个瞬时：绕组的空间位置→电流的空间分布→磁动势的空间分布；不同时间：绕组里的电流大小不同，使得产生的磁动势在同一空间位置随时间不同而变化。交流绕组产生的磁动势，既是空间函数，又是时间函数。在分析电枢绕组产生的磁动势时，先讨论简单的一个线圈产生的磁动势，接着依次讨论线圈组、单相绕组和三相绕组的磁动势。绕组里的全电流，或安培数。F=Ni（安匝）2①各磁回路的磁动势为iNy，作用于整个磁路上，但可看成集中在气隙里。②故每个磁极的磁动势大小为iNy/2。6.3.1整距线圈的磁动势yfXiAtIicos2电动势电流电路电磁感应定律磁动势磁通磁路安培环路定律定子转子③直角坐标放在定子上，坐标原点选在线圈的轴线上，横坐标为空间电角度a（逆时针方向），纵坐标用fy表示线圈磁动势大小。④规定电流从线圈X端流进（用⊕表示），A端流出（用⊙表示）为正电流方向；磁动势从定子到转子为正方向。a0展开剖开yiN21)232(cos22)22(cos22),(aaatINtINtfyyyayfAXA02223某个时刻3①总磁动势为iNy，一半降落在AX段气隙里，一半降落在XA段气隙中。②整距线圈产生的磁动势，沿定子内表面气隙空间的分布为正负各半周的矩形波，幅值为iNy/2。③整距线圈产生的在空间呈矩形波分布的磁动势，其大小由电流大小决定。④当电流i随时间按余弦规律变化时，磁动势的大小也随之按余弦规律变化，称为脉振波（驻波）。⑤磁动势波交变的频率与电流频率一致。6.3.1整距线圈的磁动势tIicos2)232(cos22)22(cos22),(aatINtINtfyyyayfAXA02223yiN21当电流i为直流电？方波电流？有无转子磁场？转子转速？4定子转子fy0a展开方向AXAayf/2/23/2iNy/2211X2A1A1X12AX2某瞬时四极电机产生的磁动势多极绕组的电机只研究其每对极磁动势的分布即可。整距线圈通电流产生的磁通势极数与电机的极数一致。反过来理解电机极数？图中的两对极磁动势由线圈A1X1和A2X2产生52.磁动势展开空间矩形分布的脉振磁动势，可以用傅里叶级数展开成无穷多个空间正弦分布的磁动势，每个正弦分布的磁动势同时随时间正弦变化。531...5,3,1531cos5cos3coscos),(yyyyfffCCCCtfaaaaa2sin1214yiNC整距线圈的基波磁动势瞬时值为aaacoscoscoscos2214),(11tFtINtfyyy6ImNy/2ImNy/24五次三次基波afy基波与各次谐波磁动势的特点（1）基波及各次谐波磁动势的最大幅值11yyFF1422yyFIN最大幅值发生在t=0时（2）基波及各谐波磁通势的极对数pp7+jIfya00+jIfya60I+jfy0a1200+jIfya（3）基波及各次谐波磁动势幅值随时间变化的关系基波及各次谐波磁动势幅值都随时间按电流的变化规律（cost）而变化，即在时间上都为脉振波。83.基波脉振磁通势ωt为时间电角度，α为空间位置电角度。在某个瞬时，磁动势的最大幅值在什么位置出现？随着时间的增加，ωt增大，如何寻找磁动势波的最大幅值点？ωt-α=0，cos(ωt-α)=1，则得到磁通势的幅值。最大幅值点朝着+α的方向运动，行波（旋转波）角速度为ω。第二项也是行波，朝着-α的方向，角速度为ω。aaacoscoscoscos2214),(11tFtINtfyyy)cos(21)cos(2111aatFtFyy)cos(211atFya02yf-Fy1123/2129一个基波脉振磁通势波可以分解成两个速率相同、转向相反的旋转磁动势波。旋转波的波长与脉振波的波长完全相等，空间也是正弦分布；旋转波的幅值是原脉振波幅值的一半，旋转波的旋转角速度等于脉振波的脉振角频率。当两个旋转磁动势正好转到相互重合的位置时，脉振磁动势达到最大值。？pfn60110空间矢量一个在空间按余弦规律分布的（旋转）磁动势波，可以用一个空间矢量来表示。矢量的长度代表该磁动势的幅值，矢量的位置代表该磁动势波正幅值所在的位置。Fa0Ffa1a=0a1F.电动势emf时间相量长度为有效值11脉振磁通势分成两个旋转磁通势脉振磁动势空间矢量的位置不变，即正幅值的位置不变。但是空间矢量的长度即幅值大小随时间而变化。旋转磁动势正幅值位置随时间而变化，大小不变。F'FFFF'FFF'F60oF'FF60o126.3.2单相双层短距线圈磁动势yNiy21yNiy)21(1yNitty111’22’a11’22’a0fyyNi22313依纵、横坐标对称，作傅里叶级数展开，只含有奇次的余弦项aaacoscoscoscos24),(111tFtIkNtfypyy,5,3,1cos),(aaCtf2sin142sin14ykkiNyiNCppyy整距线圈acoscos224tINy双层短距线圈142coscosypINkta基波磁通势的基波短距系数与基波电动势的基波短距系数完全一样。1.双层短距线圈每极基波磁通势要乘上基波短距系数。2.双层短距线圈一对极下有两个线圈，故为整距线圈的两倍。14单层分布线圈组的磁动势单层分布线圈组每个匝数相同的线圈里通以相同电流时，每个线圈产生的磁动势大小相同，只是其磁动势在空间的位置不同。1a1yF2yF3yF1a1a2qF3yF2yF1yF1a1aINkqFkqFydydq22141111q个线圈组的基波磁通势最大振幅为三个线圈的基波磁通势在空间位置上相差α1电角度。1sin2sin2dqkqaa次谐波磁通势最大振幅为ydqFkqFsin2sin2dqkqaa156.3.4分布短距对磁通势的影响为改善电机性能，希望尽可能削弱谐波磁通势；基波绕组系数比各次谐波绕组系数大，即短距、分布对基波磁通势削弱的少，对谐波磁通势削弱的多；工程上一般取线圈y=0.8左右，以削弱五，七次谐波；dpdpkkk线圈节距y1应接近或等于极距若所取的短距对基波磁通势削弱的多？166.3.5单相绕组的磁动势相绕组的磁动势是指气隙中的合成磁动势，也就是每一对磁极下对应的各个线圈组所产生的合成磁动势。①单相绕组基波及各次谐波磁通势是一个脉振磁动势：磁动势轴线（即磁动势幅值所在位置）在空间固定不动，而空间各点磁动势的大小则随着时间在变化；②其中基波磁动势在气隙空间按cosα分布，其振幅随时间按cosωt变化，最大振幅值为Ff1；③振幅所在空间位置不变，且位于称为单相绕组的轴线处。aaaaaaaffff5coscos3coscoscoscoscos)5cos513cos31cos(224),(531531tFtFtFtkkkpNItfdpdpdpIpNkFdpf224各次磁动势的最大幅值为apqNNy2是每相绕组串联匝数双层短距分布绕组单层短距分布绕组？？176.4三相电枢绕组产生的磁动势三相对称绕组（空间相差120o电角度）每一相用一个等效整距线圈来代替。标出每一相电流的正方向。三相对称绕组中通入三相对称电流。AYCBZX+A0a)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBA各相基波磁动势tFfAafcoscos11+A+C+BAXBYZCAa+A2/34/3)120cos()120cos(0011tFfBaf)240cos()240cos(0011tFfCafIpNkFdp11224f都是脉振波186.4.1基波磁动势每相脉振磁动势都可以分解成一个正转和一个反转的磁通势；)120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(2101110111111tFtFftFtFftFtFfCBAaaaaaaffffff三相的正转磁通势相互叠加，而反转磁通势相互抵消。19三相合成基波磁动势三相合成基波磁动势是个行波，或称为旋转磁通势。其幅值朝着+a方向以角速度（或转速为n1=60f/p）同步旋转。幅值F1的端点的轨迹是个圆，所以叫圆形旋转磁通势。)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBAaaafIpNkFFdp1112242323f所谓同步转速也就是三相合成基波旋转磁动势的转速。某时刻三相合成基波旋转磁动势幅值的位置？？20公式法当t=0o，三相合成基波磁动势幅值F1在a=0o处，即A相绕组轴线+A处。此时A相电流为正的最大值。当t=120o，三相合成基波磁动势幅值F1在a=120o处，即B相绕组轴线+B处。此时B相电流为正的最大值。某瞬时三相合成基波磁动势的幅值所在处的空间电角度a=t。当某相电流达正最大值时，三相合成基波磁动势的幅值位于该相绕组的轴线处。)cos()cos(23),(111111tFtFffftfCBAaaaf)240cos(2)120cos(2cos2tIitIitIiCBA（注意此结论满足的条件）1111),(CBAffftfa笨办法正弦电流？反序电流？21作图法（空间矢量图反映的是某个瞬时的旋转磁动势矢量的大小和位置）步骤：1.画出三相绕组轴线，定好坐标原点和a正向；2.画出各相脉振磁动势的两个分解旋转磁动势；3.根据所要求的时刻倒推两个旋转磁动势分量位置4.根据矢量叠加原则定出合成磁动势矢量大小和位置。+A+C+Ba=0o画出t=0o时三相合成磁动势矢量F’AF’’AF1画出t=60o时+A+Ba=0oFAF1FA+C22三相绕组的基波合成磁动势特点对称的三相绕组内通以对称的三相电流时，三相合成磁动势的基波是一个空间正弦分布、幅值恒定的圆形旋转磁动势，其幅值为每相脉振磁动势幅值的3/2倍。三相合成基波磁动势的转向由电流相序决定，从电流领先相向滞后相旋转。改变三相绕组中电流的相序就可以改变旋转磁动势的转向，为此只要把接到电机的三根馈电线中任意对调两根就可以改变转向。三相合成基波磁动势相对于定子绕组的转速为同步转速：或者旋转电角速度等于电流随时间交变的角频率。当某相电流达到正最大值时，三相合成基波旋转磁通势幅值正好位于该相绕组的轴线上。（A→B→C）pfn/60123AYCBZXAXBYCZBiCiAi三相绕组的基波合成磁动势240sin120sinsintIitIitIimCmBmAAiBiCimItAXYCBZ0t合成磁场方向：向下NS+A+B+C24180tXBZ0nAYC60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：AiBiCitmINN电流在时间上经过多少电角度，合成磁动势基波就在空间上转过同一数值的电角度。25AXBCZYABCSNFFAFBFCFAFBFC旋转磁势FAFBFC)240(c)120(c)(cCBωtosIiωtosIiωtosIimmmA0ωt012ωt024ωt036ωtmmAIiiIi21CBmCAmBIiiIi21mBAmCIiiIi2126AXBCZYABCSNFFAFBFCFAFBFCFAFBFC旋转