第18讲 交流电机电枢绕组产生的磁通势课件

1、第第17讲讲 三相绕组的磁通势三相绕组的磁通势 一、三相绕组产生的磁通势一、三相绕组产生的磁通势 二、二相绕组产生的磁通势二、二相绕组产生的磁通势 回顾：单相绕组磁通势回顾：单相绕组磁通势回顾：单相绕组磁通势回顾：单相绕组磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势1 1、基波磁通势、基波磁通势 如图为简单的三相绕组在定子内表面的空间分布。直角如图为简单的三相绕组在定子内表面的空间分布。直角坐标的放置及坐标原点如图所示。用最简单的绕组说明问题，坐标的放置及坐标原点如图所示。用最简单的绕组说明问题，也可以理解为三相对称的复杂绕组的简化。也可以理解为三相对称的复杂绕组的简化。 以

2、三相单层交流绕组为例进行说明。假设三个线圈单匝，星形连接，并以三相单层交流绕组为例进行说明。假设三个线圈单匝，星形连接，并在线圈中通以对称三相交流电压，在线圈中通以对称三相交流电压，A、B、C三相绕组中分别流过对称三相三相绕组中分别流过对称三相交流电流交流电流iA、iB和和iC。电流的参考正方向规定从电源指向线圈，即从绕组首。电流的参考正方向规定从电源指向线圈，即从绕组首端端A、B、C进入，从末端进入，从末端X、Y、Z流出，分别用流出，分别用 表示电流进入，用表示电流进入，用 表示电流流出。设三相电流分别为：表示电流流出。设三相电流分别为：221202240ACBCCCcoscoscosiIt

3、iItiIt iBiCitiA0一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势三相对称绕组排列三相对称绕组排列（1）解析法）解析法 A相、相、B相和相和C相电流在电机气隙圆周方向产生的基波磁通势分别为：相电流在电机气隙圆周方向产生的基波磁通势分别为：111120120240240A1B1C1coscoscoscoscoscosfFtfFtfFt 一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势11422dpNkFIp 111111112211240221112022A1B1C1cos()+cos()cos()+cos()cos()+cos()fFtFtfFtFtfFtFt其中

4、，其中，利用脉振波分解为两个行波，对上述三相的脉振磁通势分解为：利用脉振波分解为两个行波，对上述三相的脉振磁通势分解为：一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势111120120240240A1B1C1coscoscoscoscoscosfFtfFtfFt 对三相产生的基波磁通势相加，就得到三相合成基波磁通对三相产生的基波磁通势相加，就得到三相合成基波磁通势为：势为：1111111111221124022111202232A1B1C1( ,)=cos()+cos()cos()+cos()cos()+cos()cos()ftfffFtFtFtFtFtFtFt 一、三相电枢绕组产生

5、的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势11133 42222dpNkFFIp 可见，三相合成基波磁通势为行波，或称旋转磁通势，幅值为：可见，三相合成基波磁通势为行波，或称旋转磁通势，幅值为： 基波磁通势朝着基波磁通势朝着+方向以角速度方向以角速度（或转速（或转速 ）旋转。由于）旋转。由于F1为常数，为常数， 矢量端点的轨迹为圆，因此，也称矢量端点的轨迹为圆，因此，也称圆形旋转磁通势圆形旋转磁通势。1F60r/minfnp 0t 0 30t 30 这是行波表达式。若时间固定，磁通势沿气隙圆周方向按余弦规律变化，这是行波表达式。若时间固定，磁通势沿气隙圆周方向按余弦规律变化，幅值固定不变。随着时间的

6、推移，在空间按余弦分布的磁通势的位置却幅值固定不变。随着时间的推移，在空间按余弦分布的磁通势的位置却发生变化发生变化当当 ，磁通势的幅值出现在，磁通势的幅值出现在当当 ，磁通势的幅值出现在，磁通势的幅值出现在即：三相合成磁通势最大值（幅值）所在位置即：三相合成磁通势最大值（幅值）所在位置的空间电角度的空间电角度，等于此时交流电的相位角，等于此时交流电的相位角t。221202240ACBCCCcoscoscosiItiItiIt 电流通电相序为电流通电相序为ABC，绕组在定子上按顺时针，绕组在定子上按顺时针方向排列，若把其中任意两相所接电源对调，则相序相方向排列，若把其中任意两相所接电源对调，则

7、相序相反。这样根据绕组中电流变化情况，判断定子合成磁通反。这样根据绕组中电流变化情况，判断定子合成磁通势的变化。势的变化。一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势iBiCitiA0（2）图解法；）图解法；1）t1时刻：时刻：wt1=0，此时此时 为最大值，为最大值， ，iA从从A流入，从流入，从X流出，流出，iB和和iC分别从分别从Y、Z流入，从流入，从B和和C流出。流出。根据右手定则，磁力线以及根据右手定则，磁力线以及N、S极如图，形成一对极。极如图，形成一对极。2ACiI22BCC()ii/I 一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势iBiCitiA02）t

8、2时刻：时刻：wt2=120，此时，此时 为最大，为最大， ，三相电流分别从三相电流分别从X、Z、B流入，分别从流入，分别从A、C、Y流出。根据右流出。根据右手定则，磁力线以及手定则，磁力线以及N、S如图。与上图相比，定子铁心磁场以如图。与上图相比，定子铁心磁场以顺时针方向转过顺时针方向转过120电角度。电角度。2BCiI22ACC()ii/I iBiCitiA0一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势3）t3时刻：时刻：wt3=240，此时此时 为最大，为最大， ，三相电流分别从三相电流分别从X、Y、C流入，分别从流入，分别从A、B、Z流出。流出。根据右根据右手定则，磁力线以

9、及手定则，磁力线以及N、S极极如图，形成一对极。如图，形成一对极。与上图相比，与上图相比，定子铁心磁场以顺时针方向转过定子铁心磁场以顺时针方向转过240电角度。电角度。2CCiI22BAC()ii/I iBiCitiA0一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势4）t4时刻：时刻：wt4=360，此时，此时 为最大，为最大， ，三相电流分别从三相电流分别从 A 、 Z 、Y流入，分别从流入，分别从X 、 C 、B流出。根流出。根据右手定则，磁力线以及据右手定则，磁力线以及N、S如图。与上图相比，定子铁心磁如图。与上图相比，定子铁心磁场以顺时针方向转过场以顺时针方向转过360电角度

10、。电角度。2ACiI22BCC()ii/I iBiCitiA0一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势 由此可见，电流每经过由此可见，电流每经过120，定子磁场顺时，定子磁场顺时针转过针转过120电角度，从电角度，从 t1t4 经过一个周期的时经过一个周期的时间，定子磁场顺时针转过间，定子磁场顺时针转过360电角度，由此可以电角度，由此可以推出，电流每经过一个周期的时间，气隙磁场将推出，电流每经过一个周期的时间，气隙磁场将顺时针转过顺时针转过360 电角度。当绕组连续通电时，电角度。当绕组连续通电时，磁场将连续沿顺时针方向

11、旋转，就形成了气隙旋磁场将连续沿顺时针方向旋转，就形成了气隙旋转磁场。转磁场。一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势 为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦为了分析旋转磁动势的旋转方向，设三相对称电流按余弦规律变化，规律变化，U 相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，相电流最大时为计时点，电流取首进尾出为正，电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：电流波形和各时刻旋转磁动势的位置如图所示：一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势（3

12、）空间旋转矢量法；）空间旋转矢量法；一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势111111112211240221112022A1B1C1cos()+cos()cos()+cos()cos()+cos()fFtFtfFtFtfFtFt （1）幅值：）幅值：（2）转向：基波磁通势的转向决定于三相电流的相序，从领先）转向：基波磁通势的转向决定于三相电流的相序，从领先相向滞后相旋转；相向滞后相旋转；（3）转速：旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速）转速：旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速113 4222dpNkFIp 160r/min; fnp 2/60pn （4）瞬间位置：

13、）瞬间位置： 当三相电流中某相流值达到最大时，三相合成基波磁当三相电流中某相流值达到最大时，三相合成基波磁通势的正幅值，正好位于该相绕组的轴线处。通势的正幅值，正好位于该相绕组的轴线处。2、三相合成基波磁通势的特点、三相合成基波磁通势的特点一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势3、三相的三次谐波磁通势、三相的三次谐波磁通势 三相电枢绕组的三次谐波磁通势的表达式为：三相电枢绕组的三次谐波磁通势的表达式为：33333120120120240240240A3B3C3coscos3coscos3coscos3coscos3coscos3fFtfFtFtfFtFt 3342 12 3d

14、pNkFIp 一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势其中，其中，对上面公式相加，得到三相合成三次谐波磁通势：对上面公式相加，得到三相合成三次谐波磁通势：一、三相电枢绕组产生的磁通势一、三相电枢绕组产生的磁通势 从上式可以看出，各相三次谐波磁通势的空间位置相同，从上式可以看出，各相三次谐波磁通势的空间位置相同，三相电流在时间上互差三相电流在时间上互差120电角度，因此，三相三系谐波磁电角度，因此，三相三系谐波磁通势互相抵消了。由此可以得到三的倍次谐波六、九，十二次通势互相抵消了。由此可以得到三的倍次谐波六、九，十二次等的谐波都为零。等的谐波都为零。 至于三相绕组的五、七次谐波磁

15、通势，采用分布、短距绕至于三相绕组的五、七次谐波磁通势，采用分布、短距绕组使之削弱到极小，更高此谐波可以忽略，因此三相绕组产生组使之削弱到极小，更高此谐波可以忽略，因此三相绕组产生的磁通势，可以忽略谐波，认为基波磁通势是主要的。的磁通势，可以忽略谐波，认为基波磁通势是主要的。二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势1、两相绕组产生的圆形旋转磁通势、两相绕组产生的圆形旋转磁通势例例6-7已知在电机定子槽里放置两个空间相距已知在电机定子槽里放置两个空间相距90电角度，匝数电角度，匝数相等的整距线圈相等的整距线圈AX，BY，如图分别在，如图分别在AX，BY线圈通入两相线圈通入两相对称

16、电流：对称电流：9090yAXYyBYYcoscoscos()cos()fFtfFt 求两相对称整距线圈产生的合成基波磁求两相对称整距线圈产生的合成基波磁通势解：通势解：（1）解析法）解析法 两个整距线圈产生的基波磁通势分别为：两个整距线圈产生的基波磁通势分别为：二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势 合成基波磁通势为：合成基波磁通势为：909011111802222YyAXyBYYYYYYYYcoscoscos()cos()cos( -)+cos()+cos( -)+cos()cos( -)fffFtFtFtFtFtFtFt 这是行波表达式。由此可见，空间相距这是行波表达式

17、。由此可见，空间相距90电角度的两个电角度的两个匝数相等的整距线圈，当分别通入时间相差匝数相等的整距线圈，当分别通入时间相差90电角度的正弦电角度的正弦交流电时，产生的合成基波磁通势是一个圆形旋转磁通势。交流电时，产生的合成基波磁通势是一个圆形旋转磁通势。二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势（2）矢量法）矢量法画画 瞬间的矢量图。线圈瞬间的矢量图。线圈AX的电流为正的最大值时，产的电流为正的最大值时，产生的正反转基波磁通势生的正反转基波磁通势 正好处于正好处于+A轴线上。轴线上。BY线圈的线圈的电流在过电流在过90才能达到最大值，产生正反转基波磁通势才能达到最大值，产生正反

18、转基波磁通势 在过在过90时，才能转到时，才能转到 的地方的地方（即（即+B轴线处），因此轴线处），因此 的瞬间正好位于的瞬间正好位于如图所示的位置。从图中可以看出，反转如图所示的位置。从图中可以看出，反转的基波旋转磁通势的基波旋转磁通势 、 正好抵消，而正好抵消，而 正转的基波旋转的磁通势相加，正转的基波旋转的磁通势相加，就是两相对称线圈产生的合成基波旋转磁通势。就是两相对称线圈产生的合成基波旋转磁通势。0t AA,FFBB,FF 90 0t AF BF AB,FF二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势总结：空间相距总结：空间相距90电角度两个绕组，当分别通入时间相差电角度

19、两个绕组，当分别通入时间相差90电角度的正弦交流电时，且每相的磁通势相等，产生的合电角度的正弦交流电时，且每相的磁通势相等，产生的合成基波磁通势有以下特点：成基波磁通势有以下特点：（1）幅值：）幅值：（2）转向：两相合成基波旋转磁通势的转向决定于电流的相序，）转向：两相合成基波旋转磁通势的转向决定于电流的相序，即由电流领先相向电流滞后相方向旋转。即由电流领先相向电流滞后相方向旋转。（3）转速：基波旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速）转速：基波旋转磁通势相对于定子绕组的转速为同步转速 ，同步角速度，同步角速度（4）瞬时位置：哪相电流达到最大值时，合成基波磁通势的正）瞬时位置：哪相电流达到最

20、大值时，合成基波磁通势的正幅值正好位于该相绕组的轴线处。幅值正好位于该相绕组的轴线处。1224422AdpBdpABN kN kFIIpp 60(r/min)fnp 2(rad/s)f 二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势2、椭圆磁通势、椭圆磁通势 例例6-8已知在电机定子槽里放置两个空间相距已知在电机定子槽里放置两个空间相距90电角度，串联匝数分电角度，串联匝数分别为别为NAkdp和和NBkdp整距线圈整距线圈AX，BY，并且有，并且有 如图分别在如图分别在AX，BY线圈通入两相对称电流：线圈通入两相对称电流：2290AABBcoscos()iItiIt 0t ABAF ,F ,F ,F ABABFFFF AAdpBBdpI N kI N k 求两相绕组产生的合成基波磁通势求两相绕组产生的合成基波磁通势解：用矢量法求解解：用矢量法求解画出画出 瞬间各相绕组的磁通势。分别画出瞬间各相绕组的磁通势。分别画出A和和B相磁通势矢量，相磁通势矢量， ，且有，且有二、两相电枢绕组产生的磁通势二、两相电枢绕组产生的磁通势把正转磁通势相加：把正转