交流绕组的磁动势课件.ppt

1、第四章：交流电机的共同问题第四章：交流电机的共同问题 第第1节节：交流绕组的基本概念交流绕组的基本概念 第第2节：节：三相双层绕组三相双层绕组 第第3节：节：三相单层绕组三相单层绕组 第第4节：节：正弦磁场下交流绕组的感应电动势正弦磁场下交流绕组的感应电动势 第第5节：节：感应电动势中的高次谐波及其削弱方法感应电动势中的高次谐波及其削弱方法 第第6节：节：正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 第第7节节：正弦电流下对称三相绕组的旋转磁动势正弦电流下对称三相绕组的旋转磁动势 第八节第八节：非正弦电流下交流绕组的磁动势非正弦电流下交流绕组的磁动势 4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正

2、弦电流下单相绕组的磁动势 4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 本节主要讨论当给单相绕组通以正弦电流时的磁动势的变化规律。为分析方便，设：1）定、转子铁芯的磁导率2）定、转子之间的气隙均匀3）槽内的电流集中在槽中心处Fe2cosciIt4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 一、一、整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势1、正方向的规定：线圈电流尾进首出为正磁通正方向与电流正方向符合右手螺旋关系磁动势由定子到转子为正2、空间坐标的建立：横坐标：设在定子内圆表面，逆时针为正，以空间电角度 表示纵坐标：

3、设在线圈平面的中法线上，表示磁动势，其正方与电流符合右手关系。线圈磁动势的空间分布线圈磁动势的空间分布 在定子内圆表面建立空间坐标，以在定子内圆表面建立空间坐标，以A相绕组轴相绕组轴线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用线与定子内表面的交点作为空间坐标的原点，用空间电角度空间电角度表示。把气隙圆周展成直线，让横坐表示。把气隙圆周展成直线，让横坐标表示沿气隙圆周方向的空间距离。标表示沿气隙圆周方向的空间距离。不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势不计铁心磁压降，每个空气隙所消耗的磁动势等于整个磁路磁动势的一半，为等于整个磁路磁动势的一半，为 N Nc ci/2 i/2 ，即：即：4-6正弦

4、电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 一、一、整距线圈的磁动势整距线圈的磁动势()-2223()222c ccc ccN ifN if 整距线圈产生的磁场整距线圈产生的磁动势即：形状为方波幅值为()cf结论：结论：通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆通入电流的线圈，它所产生的气隙磁动势沿圆周分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁周分布是一个矩形波，在通电流的线圈处，气隙磁动势发生突跳。动势发生突跳。.02232AAX转子定子Afa12kiN02232fa12cci N4 12cci N3次谐波5次谐波20111()cos()()sin()224211()cossin()0.

5、9sin()cos222ccccccccFfdi NvItNI Ntvv1,3,5.()cosccvvfFv1,3,5.1,3,5.1351()cos0.9sin()coscos2.ccvccvvcccfFvI Ntvvfff 若线圈中的电流为恒定电流，则矩形波的高度恒定不变。而在交流绕组中通入的是交变电流即tIicccos2将上述的矩形分布的脉振磁动势用富氏级数进行分解，得135()coscos3cos5ccccfFFF114 211 4 2coscos22CC CCCC CFN ItFFN It 142(,)coscos2cC CftN It1()cos0.9coscoscvcvccfFv

6、I Ntvv结论：结论：1)单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间单个线圈当通入交流电流时所产生的磁动势波是一个在空间 按正弦分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负按正弦分布、波的位置在空间不动、但波幅的大小和正负 随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。随时间在变化的磁动势波，称该种磁动势为脉振磁势。（若通入直流电呢？）（若通入直流电呢？）2)线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有线圈磁势除包含基波磁势外，还包含有 3、5、7 等谐波磁势等谐波磁势 分量分量。3）基波与谐波磁动势的幅值均以电流的频率在空间脉振。）基波与谐波磁动势的幅值均以电流的频率在空间脉振。（幅值（

7、幅值 位置不变，大小改变）位置不变，大小改变）(注意同一时刻不同位置与同一位注意同一时刻不同位置与同一位 置不同时刻置不同时刻)4）谐波磁动势是指在空间上的谐波分布。）谐波磁动势是指在空间上的谐波分布。1,ft1t1t2t2t3t3t不同瞬间时单相绕组的基波脉振磁动势定义在幅值位置上空间矢量代表的不是一点的磁动势，而是一个磁动势的波形4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 二、二、线圈组的磁势线圈组的磁势 1、整距线圈的线圈组磁势整距线圈的线圈组磁势 3q如则整距线圈组产生的磁动势由右图。4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 coscos1(0.9co

8、s)cosqvqvcvqvccqvfFvqF kvqN It kvv2sin2sin11qqkq1、整距线圈的线圈组磁势合成方法整距线圈的线圈组磁势合成方法完全仿照线圈组电动势的求和方法，但须特别注意磁动势为完全仿照线圈组电动势的求和方法，但须特别注意磁动势为空间矢量，而电动势为时间相量。空间矢量，而电动势为时间相量。4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 2、双层短距线圈的线圈组磁势、双层短距线圈的线圈组磁势 等效的整距线圈绕组 1111111(1802cos2cos222cos(9090)2sin902qqqqqyqyFFFyyFFFk上）1coscos(1)90sin

9、902yyyk180y180y1(0.9cos)cosqvccqvfqN Iktvv12(0.9cos)cos12(0.9cos)cosqvccqvyvccwvfqN Ik ktvvqN Iktvv单层线圈组磁动势：双层线圈组磁动势：cIaI但其中的Nc和Ic是表示线圈匝数和线圈电流有效值，工程应用不便。注意到：每相绕组每条支路串联匝数cpqNNa或每相电流有效值22ccccccccpqNI NaIpqN IapqNI NaIpqN Ia2cpqNNa2ccccI NN IpqI NN Ipq112(0.9cos)cos10.9coscosqvccwvwfqN IktvvNkItvpv1(0.

10、9cos)cos10.9coscosqvccqvqvfqN IktvvNI ktvpv单层线圈组磁动势：双层线圈组磁动势：三、三、单相绕组的磁势单相绕组的磁势4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 由于每对极下的磁动势和磁阻组成一个对称的分支磁路，若电机有P对极，就有P条并联的对称分支磁路，所以一相绕一相绕组的磁动势是指每对极下一相绕组的磁动势。组的磁动势是指每对极下一相绕组的磁动势。111420.92wmwNkNFI kIpp 每相串联总匝数为：（单层）（双层）aPqNNCaPqNNC2单相绕组基波磁势的幅值110.9coscoswNkfItp单相绕组基波磁动势的瞬时值为

11、 4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 10.9coscoswNkfItp单相绕组 次谐波磁动势的瞬时值为 1(0.9cos)cos1(0.9cos)coscosvmqvyvwvvNfIk ktvpvNIktvFvpv4-6正弦电流下单相绕组的磁动势正弦电流下单相绕组的磁动势 1、单相绕组的磁势是一种空间位置固定，幅值随时间变 化的脉振磁势，其脉振频率取决于电流的频率。注：磁势即是空间位置的函数，也是时间的函数。空间分布用以电角度计的空间位置角 来表达，随时间变化规律用时间t来表达。2、基波磁势的幅值为 次谐波磁势的幅值为 3、定子绕组多采用短距和分布绕组，因而合成磁势中

12、谐 波含量大大消弱。一般情况下只考虑基波磁势的作用。10.9WmNKFIP10.9WmNKFIP综合以上分析对单相绕组磁势的性质归纳如下：综合以上分析对单相绕组磁势的性质归纳如下：基波磁动势可以用空间矢量表示，为此引入等效绕组和相绕组轴线的概念110.9coscoswNkfItp1(,)0.9coscoscC CftN It基波脉振磁动势的分解：1）解析表达式：1111111cos()21ccosocos(2s)mmfFtffFFtt1111111cos()21ccosocos(2s)mmfFtffFFtt2）矢量表达式：AA1F1F0wt 1FAA1F1F90wt 1F1FAA1F180wt

13、 1F)cos()cos(21coscos3）波形表达式：260606022ffnppp转速为：由于一转等于P2电弧度，所以用转速表示时转速为：260606022ffnppp 结论：一相脉振磁势可以分解成两个幅值大小相等，转向相反、转速相同的圆形旋转磁动势。4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势(1)、三个基本概念、三个基本概念等效绕组及有效匝数等效绕组及有效匝数三相绕组轴线三相绕组轴线合成磁动势分析方法合成磁动势分析方法 解析求和法解析求和法 波形叠加法波形叠加法 矢量作图法矢量作图法4-7 正弦

14、电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势（2）空间、时间坐标的选取）空间、时间坐标的选取空间：空间：A相绕组轴线及定子内圆表面，相绕组轴线及定子内圆表面，逆时针为正逆时针为正时间：时间：A相电流正最大为相电流正最大为时间起点时间起点002 cos2 cos(120)2 cos(240)ABCiItiItiIt4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势（3）各相基波脉振磁动势表达式1、解析法、解析法1100110011cos

15、coscos(120)cos(120)cos(240)cos(240)AmBmCmfFtfFtfFt)cos()cos(21coscos110.9wmNkFIp4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势各相基波脉振磁动势的分解各相基波脉振磁动势的分解11101110111111111111111cos()cos()2211cos()cos(240)2211cos()cos(120)223cos()cos()2330.91.3522AmmBmmCmmABCmWWfFtFtfFtFtfFtFtffffFtF

16、tNKNKFFIIPP4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势1、解析法、解析法显然，基波显然，基波合成磁动势合成磁动势为幅值恒定为幅值恒定的旋转磁动的旋转磁动势，简称圆势，简称圆形磁动势形磁动势1113cos()cos()2mfFtFt转速：转速：转向：沿着转向：沿着 正方向移动，正方向移动，即在电机中沿逆时针方向即在电机中沿逆时针方向旋转旋转一、对称三相绕组的基波合成磁动势一、对称三相绕组的基波合成磁动势结论：结论：三相对称绕组通入对称电流，所得基波合成磁动三相对称绕组通入对称电流，所得基波合成磁

17、动势为幅值恒定的正弦分布的圆形旋转磁动势。旋势为幅值恒定的正弦分布的圆形旋转磁动势。旋转幅值的轨迹是圆，所以称为圆形旋转磁场。转幅值的轨迹是圆，所以称为圆形旋转磁场。其幅值由每相电流的有效值及每相绕其幅值由每相电流的有效值及每相绕组的有效匝数决定，且为每相脉振磁组的有效匝数决定，且为每相脉振磁动势最大幅值的（动势最大幅值的（3/2）倍。）倍。其转速由电流的频率和电机的极对数其转速由电流的频率和电机的极对数决定，为同步转速。决定，为同步转速。其转向由电流的相序及三相绕组空间排列顺序决定，是由电其转向由电流的相序及三相绕组空间排列顺序决定，是由电流超前相的绕组轴线转到电流滞后相得绕组轴线。（当某相

18、流超前相的绕组轴线转到电流滞后相得绕组轴线。（当某相电流最大，合成磁动势幅值转到该相的轴线上）要改变磁场电流最大，合成磁动势幅值转到该相的轴线上）要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。转向，只须改变三相电流的相序。三相合成磁动势中的高次谐波三相合成磁动势中的高次谐波10.9coscoscoscoswNkfItFtp10.9coscos10.9cos(120)cos(120)10.9cos(240)cos(240)wAwBwCNkfItpNkfItpNkfItp coscoscos(120)cos(120)cos(240)cos(240)ABCffffFtFtFt 三相合成磁动势中的三次谐波三

19、相合成磁动势中的三次谐波由由得到得到当 即=3，9，15 时 计算结果表明：)5,3,1(3kk0f三相合成磁动势中的五次谐波三相合成磁动势中的五次谐波由上述方法得：由上述方法得：其幅值：其幅值：5553cos(5)cos(5)2mfFtFt5555330.91.352255WWmNKNKFFIIPP其转速：其转速：令：令：又由于：又由于：其转向：其转向：与基波旋转磁动势的转向相反与基波旋转磁动势的转向相反三相合成磁动势中的七次谐波三相合成磁动势中的七次谐波由上述方法得：由上述方法得：其幅值：其幅值：7753cos(7)cos(7)2mfFtFt7777330.91.352277WWmNKNK

20、FFIIPP其转速：其转速：令：令：又由于：又由于：其转向：其转向：与基波旋转磁动势的转向相同与基波旋转磁动势的转向相同2、当 即=7，13，19 时),3,2,1(16kk3、当 即=5,11,17时 合成磁势为一反向旋转、转速为n/、幅值为 的旋转磁动势。F23合成磁势为一正向旋转、转速为 n/、幅值为 的旋转磁动势，转向与基波相同。F23),3,2,1(16kk3cos()2fFt三相合成磁动势中的高次谐波三相合成磁动势中的高次谐波1、三相对称绕组通入对称电流，仅产生 次幅值恒定的谐波合成旋转磁动势。旋转磁动势。61(1,2,3,)kk4其幅值为其幅值为330.91.3522WvWvvv

21、mNKNKFFIIvPvP用矢量作图法求取基波合成磁动势用矢量作图法求取基波合成磁动势 三相对称绕组通入对称电流：三相对称绕组通入对称电流：002 cos2 cos(120)2 cos(240)ABCiItiItiIt当当 0t AIBICItACB1AF1BF1CF1F用矢量作图法求取基波合成磁动势用矢量作图法求取基波合成磁动势 三相对称绕组通入对称电流：三相对称绕组通入对称电流：002 cos2 cos(120)2 cos(240)ABCiItiItiIt当当 120tBICIAItACB1AF1BF1CF1F用矢量作图法求取基波合成磁动势用矢量作图法求取基波合成磁动势 三相对称绕组通入对

22、称电流：三相对称绕组通入对称电流：002 cos2 cos(120)2 cos(240)ABCiItiItiIt当当 240tCIAIBItACB1AF1BF1CF1F基波合成磁动势为旋转磁动势，旋转基波合成磁动势为旋转磁动势，旋转方向为逆时针。方向为逆时针。4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 2、波形图和矢量图 下面用图解法分析三相基波合成磁势，左边为不同瞬时的三相电流向量图，中间为A,B,C三相的各基波脉振磁势及三相合成磁势，右边为磁势矢量图。三相对称绕组通入三相对称电流后，所形成的合成磁势为幅值不变的旋转波4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下

23、对称三相绕组的磁动势 4-7 正弦电流下对称三相绕组的磁动势正弦电流下对称三相绕组的磁动势 当三相对称绕组中通以不对称三相电流，如三相电流幅值不等，则，1001001coscoscos(120)cos(120)cos(240)cos(240)AABBCCfFtfFtfFt2、三相对称绕组通入不对称电流：、三相对称绕组通入不对称电流：用矢量作图法求取基波合成磁动势用矢量作图法求取基波合成磁动势 2、三相对称绕组通入不对称电流：、三相对称绕组通入不对称电流：0cos0.5cos(120)0AmBmCiItiIti当当 90tACB1AF1F基波合成磁动势为椭基波合成磁动势为椭圆形的旋转磁动势。圆形

24、的旋转磁动势。1AF1AF1BF1BF1F1F1cos()fFt1cos()fFtIpNkFw1135.1IpNkFw1135.1式中：气隙中只存在正向旋转磁动势和反向旋转磁动势，基波合成磁动势为一个幅值变化的椭圆形旋转磁动势。结论：结论：则基波合成磁动势为圆形旋转磁动势4-8非正弦电流下交流绕组的磁动势非正弦电流下交流绕组的磁动势 一、一、谐波电流产生的磁动势谐波电流产生的磁动势 若通入电动机三相绕组的电流为非正弦电流，则用富氏级数分解为基波和一系列谐波，对于三相变频器，一般不存在3的倍数次及偶数次谐波，则相电流可表示为：)7cos()5cos(cos2)(77551tItItItitIticos2)(次谐波电流为：次谐波电流产生的次空间谐波三相合成磁动势为)cos(23),(sstFtfIpNkIpNkFww9.012241其中：4-8非正弦电流下交流绕组的磁动势非正弦电流下交流绕组的磁动势 二、二、谐波磁动势的危害谐波磁动势的危害 高次谐波对交流电机产生诸多不利影响，它使电机的电流有效值增加，损耗加大，功率因数降低，输出转矩下降，效率降低，温升升高，还会引起电机的振动和噪声，因此有必要采取措施消除高次谐波磁动势。4-8非正弦电流下交流绕组的磁动势非正弦电流下交流绕组的磁动势