交流绕组的磁动势课件.ppt

第 四 章 ： 交 流 电 机 的 共 同 问 题 第 1节 ： 交 流 绕 组 的 基 本 概 念 第 2节 ： 三 相 双 层 绕 组 第 3节 ： 三 相 单 层 绕 组 第 4节 ： 正 弦 磁 场 下 交 流 绕 组 的 感 应 电 动 势 第 5节 ： 感 应 电 动 势 中 的 高 次 谐 波 及 其 削 弱 方 法 第 6节 ： 正 弦 电 流 下 单 相 绕 组 的 磁 动 势 第 7节 ： 正 弦 电 流 下 对 称 三 相 绕 组 的 旋 转 磁 动 势 第 八 节 ： 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 4-6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 Fe 2 cosci I t4-6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 一 、 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 ： 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 在 定 子 内 圆 表 面 建 立 空 间 坐 标 ， 以 A相 绕 组 轴线 与 定 子 内 表 面 的 交 点 作 为 空 间 坐 标 的 原 点 ， 用空 间 电 角 度 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 。 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 Nci /2 ， 即 ： 4-6正 弦 电 流 下 单 相 绕 组 的 磁 动 势 一 、 整 距 线 圈 的 磁 动 势 ( ) -2 2 23( ) 2 2 2c cc c cc N if N 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 ： 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 磁动 势 发 生 突 跳 。 . .02 2 32A AX 转 子定 子A f a12 kiN2 2 3212 c ci N 4 12 c ci N3次 谐 波5次 谐 波 201 1 1( )cos( ) ( ) sin( )2 24 2 1 1( ) cos sin( ) 0.9 sin( )cos2 2 2c c c cc c c cF f d i N vI tN I N tv v 1,3,5.( ) cosc cvvf F v 1,3,5. 1,3,5.1 3 5 1( ) cos 0.9 sin( )cos cos2.c cv c cv vc c cf F v I N t vvf f f 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 tIi cc cos2 将 上 述 的 矩 形 分 布 的 脉 振 磁 动 势 用 富 氏 级 数 进 行 分 解 ， 得1 3 5( ) cos cos3 cos5c c c cf F F F 1 14 2 1 14 2cos cos2 2C C C C C C CF N I t F F N I t 1 4 2( , ) cos cos2c C Cf t N I t 1( ) cos 0.9 cos coscv cv c cf F v I N t vv 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 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 。 （ 若 通 入 直 流 电 呢 ？ ） 2) 线 圈 磁 势 除 包 含 基 波 磁 势 外 ， 还 包 含 有 3、 5、 7 等 谐 波 磁 势 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 。 （ 幅 值 位 置 不 变 ， 大 小 改 变 ） (注 意 同 一 时 刻 不 同 位 置 与 同 一 位 置 不 同 时 刻 ) 4） 谐 波 磁 动 势 是 指 在 空 间 上 的 谐 波 分 布 。 1 ,f t 1t 1t2 t 2t3t 3t 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 二 、 线 圈 组 的 磁 势 1、 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 cos cos1 (0.9 cos ) cos qv qv cv qvc c qvf F v qF k vq N I t k vv 2sin 2sin 11 q qkq 1、 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 2、 双 层 短 距 线 圈 的 线 圈 组 磁 势 等 效 的 整 距 线 圈 绕 组 1 1 1 1 1 11(1802 cos 2 cos2 22 cos(90 90 ) 2 sin 90 2q q qq q yqyF F Fy yF F F k 上 ）1 cos cos(1 )90 sin 902y y yk 180 y 180y 1(0.9 cos )cosqv c c qvf q N I k t vv 12 (0.9 cos )cos12 (0.9 cos )cosqv c c qv yvc c wvf q N I k k t vvq N I k t vv 单 层 线 圈 组 磁 动 势 ：双 层 线 圈 组 磁 动 势 ： cI aI 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 cpqNN a或每 相 电 流 有 效 值2 2c c c cc c c cpqNI N aI pqN IapqNI N aI pqN Ia 2 cpqNN a 2c cc c I NN I pqI NN I pq 1 12 (0.9 cos )cos10.9 cos cosqv c c wvwf q N I k t vvNk I t vp v 1(0.9 cos )cos10.9 cos cosqv c c qvqvf q N I k t vvN I k t vp v 单 层 线 圈 组 磁 动 势 ：双 层 线 圈 组 磁 动 势 ： 三 、 单 相 绕 组 的 磁 势 4-6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 绕组 的 磁 动 势 是 指 每 对 极 下 一 相 绕 组 的 磁 动 势 。 11 14 2 0.92 wm w NkNF I k Ip p 每 相 串 联 总 匝 数 为 ： （ 单 层 ） （ 双 层 ） a PqNN C a PqNN C2 单 相 绕 组 基 波 磁 势 的 幅 值11 0.9 cos coswNkf I tp 单 相 绕 组 基 波 磁 动 势 的 瞬 时 值 为 4-6正 弦 电 流 下 单 相 绕 组 的 磁 动 势 1 0.9 cos coswNkf I tp 单 相 绕 组 次 谐 波 磁 动 势 的 瞬 时 值 为 1(0.9 cos )cos1(0.9 cos )cos cosvm qv yvwv vNf I k k t vp vN I k t v F vp v 4-6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 谐 波 含 量 大 大 消 弱 。 一 般 情 况 下 只 考 虑 基 波 磁 势 的 作 用 。 10.9 Wm NKF IP 10.9 Wm NKF IP 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 11 0.9 cos coswNkf I tp 1( , ) 0.9 cos cosc C Cf t N I t 基 波 脉 振 磁 动 势 的 分 解 ：1） 解 析 表 达 式 ： 1 1 11 111 cos( )2 1 ccos oco s(2s )mmf F t f fF F tt 2） 矢 量 表 达 式 ： A 1F1F 0wt 1F A 1F1F 90wt 1F 1FA1F 180wt 1F )cos()cos(21coscos 3） 波 形 表 达 式 ： 2 6060 602 2f f np p p 转 速 为 ：由 于 一 转 等 于 P2电 弧 度 ， 所 以 用 转 速 表 示 时 转 速 为 ： 2 6060 602 2f f np p p 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 一 、 对 称 三 相 绕 组 的 基 波 合 成 磁 动 势(1)、 三 个 基 本 概 念 等 效 绕 组 及 有 效 匝 数 三 相 绕 组 轴 线 合 成 磁 动 势 分 析 方 法 解 析 求 和 法 波 形 叠 加 法 矢 量 作 图 法 4-7 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（ 2） 空 间 、 时 间 坐 标 的 选 取 空 间 ： A相 绕 组 轴 线 及 定 子 内 圆 表 面 ，逆 时 针 为 正 时 间 ： A相 电 流 正 最 大 为时 间 起 点 002 cos2 cos( 120 )2 cos( 240 )ABCi I ti I ti I t 4-7 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（ 3） 各 相 基 波 脉 振 磁 动 势 表 达 式1、 解 析 法 1 1 0 01 1 0 01 1 cos coscos( 120 )cos( 120 )cos( 240 )cos( 240 )A mB mC mf F tf F tf F t )cos()cos(21coscos 11 0.9 wm NkF Ip 4-7 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 势各 相 基 波 脉 振 磁 动 势 的 分 解1 1 1 01 1 1 01 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1cos( ) cos( )2 21 1cos( ) cos( 240 )2 21 1cos( ) cos( 120 )2 23 cos( ) cos( )23 3 0.9 1.352 2A m mB m mC m m A B C mW W f F t F tf F t F tf F t F tf f f f F t F tNK NKF F I IP P 4-7 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1、 解 析 法显 然 ， 基 波合 成 磁 动 势为 幅 值 恒 定的 旋 转 磁 动势 ， 简 称 圆形 磁 动 势 1 1 13 cos( ) cos( )2 mf F t F t 转 速 ：转 向 ： 沿 着 正 方 向 移 动 ，即 在 电 机 中 沿 逆 时 针 方 向旋 转 一 、 对 称 三 相 绕 组 的 基 波 合 成 磁 动 势结 论 ： 三 相 对 称 绕 组 通 入 对 称 电 流 ， 所 得 基 波 合 成 磁 动势 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 。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 磁动 势 最 大 幅 值 的 （ 3/2） 倍 。其 转 速 由 电 流 的 频 率 和 电 机 的 极 对 数决 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 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10.9 cos cos cos coswNkf I t F tp 10.9 cos cos10.9 cos( 120 )cos ( 120 )10.9 cos( 240 )cos ( 240 )wA wB wC Nkf I tpNkf I tpNkf I tp cos cos cos( 120 )cos ( 120 )cos( 240 )cos ( 240 )A B Cf f f f F t F tF t 三 相 合 成 磁 动 势 中 的 三 次 谐 波由 得 到 当 即 =3， 9， 15 时 计 算 结 果 表 明 ： )5,3,1(3 kk 0f 三 相 合 成 磁 动 势 中 的 五 次 谐 波由 上 述 方 法 得 ：其 幅 值 ： 5 5 53 cos( 5 ) cos( 5 )2 mf F t F t 5 55 53 3 0.9 1.352 2 5 5W Wm NK NKF F I IP P 其 转 速 ： 令 ：又 由 于 ： 其 转 向 ： 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 波由 上 述 方 法 得 ：其 幅 值 ： 7 7 53 cos( 7 ) cos( 7 )2 mf F t F t 7 77 73 3 0.9 1.352 2 7 7W Wm NK NKF F I IP P 其 转 速 ： 令 ：又 由 于 ： 其 转 向 ： 与 基 波 旋 转 磁 动 势 的 转 向 相 同 2、 当 即 =7， 13， 19 时 ),3,2,1(16 kk3、 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(16 kk 3 cos( )2f F t 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 。 6 1( 1,2,3, )k k 4其 幅 值 为 3 3 0.9 1.352 2 Wv Wvv vm NK NKF F I IvP vP 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 ： 0 02 cos2 cos( 120 )2 cos( 240 )ABCi I ti I ti I t 当 0t AI BICI t A CB 1AF 1BF1CF 1F 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 ： 0 02 cos2 cos( 120 )2 cos( 240 )ABCi I ti I ti I t 当 120t BI CIAI t A CB 1AF1BF1CF1F 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 ： 0 02 cos2 cos( 120 )2 cos( 240 )ABCi I ti I ti I t 当 240t CI AIBI t A CB 1AF 1BF 1CF 1F基 波 合 成 磁 动 势 为 旋 转 磁 动 势 ， 旋 转方 向 为 逆 时 针 。 4-7 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 4-7 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 ， 1 0 01 0 01 cos coscos( 120 )cos( 120 )cos( 240 )cos( 240 )A AB BC Cf F tf F tf F t 2、 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 2、 三 相 对 称 绕 组 通 入 不 对 称 电 流 ： 0cos0.5 cos( 120 )0A mB m Ci I ti I ti 当 90t A CB 1AF1F基 波 合 成 磁 动 势 为 椭圆 形 的 旋 转 磁 动 势 。 1AF 1AF 1BF 1BF 1F 1F 1 cos( )f F t 1 cos( )f F t IpNkF w11 35.1 IpNkF w11 35.1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 ： 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 一 、 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)( 77551 tItItIti tIti cos2)( 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),( ss tFtf IpNkIpNkF ww 9.012241 其 中 ：4-8非 正 弦 电 流 下 交 流 绕 组 的 磁 动 势 二 、 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 一 台 三 相 异 步 电 动 机 ， 2P=6， Z=36， 定 子 双 层 迭 绕 组 ， 65y每 相 串 联 匝 数 N=72， 当 通 入 三 相 对 称 电 流 ， 每 相 电 流 有 效 值 为 20A时 ， 试 求 基 波 三 相 合 成 磁 动 势 的 幅 值 和 转 速 ， 一 相 、 三 相 绕 组 产 生的 磁 动 势 波 。 236362 pmZq 0001 30363603360 Zp011 150sin 90 sin 0.9662yK 966.0230sin2 2302sin2sin2sin 001 q qKq933.0966.0966.0111 qyw KKK 极安 匝 /6.604203 933.07235.135.1 11 IpNKF Wm min/100035060601 rpfn 1 1 1 1cos cos 0.9 cos cos1.35 cos( )A A ww NIf F t k tpNIf k tp cZN Nma