第11章交流繞組磁勢(shì)

第十一章交流電樞繞組的磁動(dòng)勢(shì)本章重點(diǎn)討論的問題:

認(rèn)識(shí)氣隙磁動(dòng)勢(shì)

單相繞組磁動(dòng)勢(shì)——脈振磁動(dòng)勢(shì)三相繞組合成磁動(dòng)勢(shì)——旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)要求：

1.掌握磁動(dòng)勢(shì)的概念與基本公式；

2.掌握產(chǎn)生各磁勢(shì)的條件及特點(diǎn)；

3.了解用三角函數(shù)和向量來(lái)表示磁動(dòng)勢(shì)。認(rèn)識(shí)交流電機(jī)的電樞（定子）磁場(chǎng)1從實(shí)例看電樞磁場(chǎng)在能量轉(zhuǎn)換中的作用從同步電動(dòng)機(jī)模型理解電樞磁場(chǎng)在能量轉(zhuǎn)換中的作用：電樞的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極代替手動(dòng)磁鐵的驅(qū)動(dòng)作用。同步手動(dòng)動(dòng)畫1從實(shí)例看電樞磁場(chǎng)在能量轉(zhuǎn)換中的作用電樞的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極代替手動(dòng)磁鐵的驅(qū)動(dòng)作用。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)動(dòng)畫2交流電樞繞組磁動(dòng)勢(shì)問題的知識(shí)結(jié)構(gòu)方法：從氣隙磁動(dòng)勢(shì)入手進(jìn)行分析過程：一個(gè)載流線圈（集中整距繞組）的磁場(chǎng)與磁動(dòng)勢(shì)；一相繞組電流的磁動(dòng)勢(shì)；三相繞組流過對(duì)稱三相電流的磁動(dòng)勢(shì)。§11-1單層集中整距繞組的一相磁動(dòng)勢(shì)交流電機(jī)模型圖（A相集中繞組）1電樞單一線圈的磁路、磁極與磁力線分布（1）帶氣隙載流鐵心線圈的磁路與磁極特點(diǎn)：假設(shè)通入直流電流，磁路在鐵心范圍內(nèi)，氣隙上下兩側(cè)為N,S極NS1）電樞單一線圈的磁路與磁極NS（2）平行氣隙變?yōu)閳A形空間，磁路仍在鐵心范圍內(nèi)；氣隙上下兩側(cè)仍為N,S極。（2）磁路與磁極：從鐵心線圈到定子鐵心SN特點(diǎn)：外圓與槽形由方變圓，磁路仍在鐵心范圍內(nèi)；鐵心內(nèi)圓上下仍為N,S極。NS2）電樞單一線圈的磁力線分布線圈中通入直流電流后所產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布的特點(diǎn)：磁力線沿定子圓周均勻分布。（用數(shù)值計(jì)算方法得到）123AX＋A2線圈磁動(dòng)勢(shì)的空間分布每一條磁力線構(gòu)成的回路所包圍的磁動(dòng)勢(shì)都是；忽略鐵心消耗的磁壓降，磁動(dòng)勢(shì)完全被兩段氣隙所消耗，因此每段氣隙消耗的磁動(dòng)勢(shì)大小為，但兩段氣隙磁動(dòng)勢(shì)的方向是相反的。3定子內(nèi)圓氣隙磁動(dòng)勢(shì)分布在定子內(nèi)圓表面建立空間圓弧坐標(biāo)，以A相繞組軸線與定子內(nèi)圓表面交點(diǎn)作為原點(diǎn)，坐標(biāo)用電角度α表示。結(jié)論：載流線圈所產(chǎn)生的氣隙磁勢(shì)沿定子內(nèi)圓分布是矩形波，在導(dǎo)體處，氣隙磁勢(shì)發(fā)生突變。上述表達(dá)式磁勢(shì)正負(fù)符號(hào)的規(guī)定：磁力線出定子進(jìn)氣隙為正（N極為正）。定子圓周展開動(dòng)畫在定子內(nèi)圓表面建立空間圓弧坐標(biāo)，以A相繞組軸線與定子內(nèi)圓表面交點(diǎn)作為原點(diǎn)，坐標(biāo)用電角度α表示。把氣隙圓周展成直線，橫坐標(biāo)表示沿氣隙圓周的空間電角度。

用傅里葉級(jí)數(shù)分解矩形波磁動(dòng)勢(shì)磁勢(shì)基波與諧波的物理意義是對(duì)磁場(chǎng)空間波形進(jìn)行的諧波分析基波與諧波物理意義同上一章的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，但是現(xiàn)在由電樞電流產(chǎn)生。圖中基波2極，五次諧波10極。注意2極基波與2極矩形波的異同.結(jié)論:1.基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值是矩形波磁動(dòng)式幅值fk的4/π倍；諧波磁動(dòng)勢(shì)幅值為基波幅值的1/ν倍。磁勢(shì)基波與諧波的輻值與波長(zhǎng)2.基波磁動(dòng)勢(shì)波長(zhǎng)與原矩形波波長(zhǎng)一樣，磁極對(duì)數(shù)亦相同（極距相同）；諧波的波長(zhǎng)為基波的1/ν，極對(duì)數(shù)為基極波的ν倍。4線圈中通入交變電流產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)點(diǎn)擊此處鏈接脈振磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)畫當(dāng)線圈電流交變時(shí)，磁勢(shì)沿氣隙分布仍是矩形，但幅值隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化，也就是說(shuō)整個(gè)磁勢(shì)波發(fā)生脈振。A相電流表達(dá)式A相脈振磁勢(shì)基波表達(dá)式（參見前面傅立葉分解）單線圈脈振磁場(chǎng)分解示意圖A相脈振磁勢(shì)諧波表達(dá)式（參見前面傅立葉分解）結(jié)論：1）單個(gè)線圈當(dāng)通入交流電流時(shí)產(chǎn)生在空間按矩形波分布、位置固定、波幅的大小和正負(fù)隨時(shí)間變化的脈振磁勢(shì)。2）線圈磁勢(shì)除包含基波磁勢(shì)外，還包含有3、5、7等諧波磁勢(shì)分量。3）基波與各次諧波脈振磁勢(shì)隨時(shí)間脈振的角頻率相等，均等于電流的角頻率。A相脈振磁勢(shì)幅值當(dāng)繞組具有P對(duì)極時(shí)A相脈振磁勢(shì)幅值注意：是每對(duì)極下磁動(dòng)勢(shì)，此處用N1，不是NK圖中，繞組具有兩對(duì)極，每對(duì)極仍然只有一個(gè)線圈，磁力線回路包圍的安匝數(shù)與一對(duì)極情況相同。習(xí)慣用電樞繞組一相串聯(lián)匝數(shù)N1計(jì)算磁勢(shì)，于是得到P對(duì)極一相脈振磁勢(shì)幅值B相脈振磁勢(shì)：根據(jù)+B軸線位置，理解空間函數(shù)關(guān)系B相電流建立的磁場(chǎng)的磁極與對(duì)稱軸iB

B相磁勢(shì)空間分布波形與磁勢(shì)表達(dá)式對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)、磁極：C相脈振磁勢(shì)表達(dá)式A相、B相、C相脈振磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)畫

特點(diǎn)：A、B、C三相繞組的脈振磁勢(shì)各自位置不變，正負(fù)交替地脈振。在相互錯(cuò)開三分之一周期的不同時(shí)刻分別達(dá)到其最大值。思考：三者的合成磁場(chǎng)有何特點(diǎn)？其最大值所在位置是固定的，還是變化的？說(shuō)明：三相繞組在空間對(duì)稱分布；三相電流為對(duì)稱、正弦交變。

§11-2單層集中整距繞組的三相磁動(dòng)勢(shì)

點(diǎn)擊此處鏈接三相合成磁場(chǎng)動(dòng)畫

問題：三相合成磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如何表達(dá)？其空間波形、幅值、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、參考位置如何確定?人浪表演三相繞組同時(shí)通入交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1、交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理存在時(shí)間差存在空間位置差行波1、交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理各相脈振磁動(dòng)勢(shì)存在空間位置差A(yù)相B相C相由于三相繞組通入的電流存在相位差，使脈振磁動(dòng)勢(shì)的脈振存在時(shí)間差1)

三個(gè)脈振基波磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式A相:B相:C相:1、交流繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的機(jī)理（續(xù)）2)

三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式合成基波磁動(dòng)勢(shì)幅值得，三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式：3)

由表達(dá)式分析三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)時(shí)，正波幅在處。

時(shí)，正波幅在處。

時(shí)，正波幅在處。

三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱的電流，所產(chǎn)生的合成基波磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)沿空間按正弦規(guī)律分布、波幅恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。合成基波磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)：3)

三相合成基波磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)a）空間波形---旋轉(zhuǎn)的正弦波，極數(shù)同繞組極數(shù)；b）正弦波磁勢(shì)幅值恒定；c）轉(zhuǎn)向：+A+B+C，順相序轉(zhuǎn)向；d）特定時(shí)刻位置：某相電流達(dá)到最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與該相繞組軸線重合；A相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+A軸重合+A+A時(shí)，B相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+B軸重合+B時(shí)，+CC相電流最大時(shí)，合成磁場(chǎng)軸線與+C軸重合時(shí)，①、②與③三個(gè)圖中，A、B、C三相電流依次達(dá)最大；合成磁場(chǎng)軸線依次與他們的軸線重合。+A+B+C①②③

e）轉(zhuǎn)速根據(jù)幅值所在位置隨時(shí)間的變化可以得到用電角度表示的轉(zhuǎn)速：用機(jī)械角表示的轉(zhuǎn)速:

用每分鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)表示的轉(zhuǎn)速同步速：2三相合成諧波磁動(dòng)勢(shì)

2）5次諧波磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速：與基波方向相反，轉(zhuǎn)速等于基波的五分之一1）3次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)為零拓展：根據(jù)頻率公式分析不管基波磁場(chǎng)還是諧波磁場(chǎng)在電樞繞組中感應(yīng)電勢(shì)的頻率都為相同頻率（50Hz!）。3）7次諧波磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速：與基波方向相同，轉(zhuǎn)速等于基波的七分之一合成磁動(dòng)勢(shì)中除包含基波磁動(dòng)勢(shì)分量外，還包含5、7、11等一系列奇數(shù)次諧波磁動(dòng)勢(shì)分量。課堂小結(jié)：

1、單個(gè)線圈通入直流電流產(chǎn)生方波磁動(dòng)勢(shì)，方波磁動(dòng)勢(shì)可以分解為基波和一系列空間奇次諧波；

2、單個(gè)線圈通入交流電流產(chǎn)生脈振方波磁動(dòng)勢(shì)，也可以分解為基波和一系列空間奇次諧波，振幅隨著時(shí)間變化，并且基波和諧波的振幅都在繞組軸線上；

3、對(duì)稱三相繞組通入時(shí)間上互差

的交流電流，則每一相都產(chǎn)生脈振磁動(dòng)勢(shì)，都在各自繞組軸線上脈振，在空間上有相位差；同時(shí)各相脈振又存在時(shí)間差，因此形成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)?！?1-3三相雙層分布短距繞組的磁動(dòng)勢(shì)

1三相雙層分布短距繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)

2三相雙層分布短距繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)說(shuō)明：諧波次數(shù)：5，7，11，13…‘6k+1’次正轉(zhuǎn)；‘6k-1’次反轉(zhuǎn)。兩槽單線圈磁力線分布1)兩槽單線圈磁場(chǎng)空間分布為矩形波，含有大量諧波。

3圖示說(shuō)明分布、短距繞組的物理意義

6槽三相電機(jī)磁力線分布2)6槽三相電機(jī)磁場(chǎng)空間分布為階梯波，也含有大量諧波。54槽短距分布繞組磁力線分布

3)54槽短距分布繞組磁場(chǎng)空間分布近似為正弦波，僅僅含有少量諧波。5）合成磁動(dòng)勢(shì)中除包含基波磁動(dòng)勢(shì)分量外，還包含

5、7、11等一系列奇數(shù)次諧波磁動(dòng)勢(shì)分量。4三相繞組合成磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)總結(jié)1）在三相對(duì)稱繞組中，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，所產(chǎn)生的合成基波磁動(dòng)勢(shì)是沿空間正弦分布、波幅恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，磁場(chǎng)的極數(shù)與繞組的極數(shù)相同。2）轉(zhuǎn)向總是從電流的超前相軸線轉(zhuǎn)到滯后相軸線，(電流相序決定轉(zhuǎn)向)。3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為:4）哪一相電流達(dá)到最大值，合成基波磁場(chǎng)的正波幅位于該相繞組的軸線處?！?1-4

空間正弦分布磁場(chǎng)的五種表示1函數(shù)表達(dá)式：3用磁極及磁力線表示：2波形表達(dá)：3用磁極及磁力線表示：4空間正弦分布磁場(chǎng)的空間矢量表示C）與磁力線分布的關(guān)系：在對(duì)稱軸上，與磁力線同方向；A