25電機(jī)學(xué)－交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)4

1、交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)9-2一相繞組的磁動(dòng)勢(shì)一相繞組的磁動(dòng)勢(shì)為一空間位置固定、幅值隨時(shí)間變化的脈振磁動(dòng)勢(shì)，脈振的頻率等于電流的頻率，脈振磁動(dòng)勢(shì)的幅值位于相繞組的軸線上。一相繞組的基波(或諧波)脈振磁動(dòng)勢(shì)可以分解成兩旋轉(zhuǎn)電角速度w恰恰等于角頻率每分鐘轉(zhuǎn)同步速n1一相繞組的 v 次諧波磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為：fcos costcos k pcostcos交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)9-3研究對(duì)象為研究方便，把三相繞組的每一相用一個(gè)等效的單層整距集中繞組來代替，該等效繞組的匝數(shù)等于實(shí)際一相串聯(lián)匝數(shù) w乘以繞組因數(shù) kw1, kw1 w稱為一相的有效匝數(shù)，三相繞組在空間互差120度電角度。這是一對(duì)極電機(jī)的三相等效繞組示意圖。+

2、AY+AYCAXZB+C+B三相繞組的基波磁動(dòng)勢(shì)結(jié)論：三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)具有以下性質(zhì)三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢(shì)為一幅值不變的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。由于基波磁動(dòng)勢(shì)矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓形，故又稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值為一相基波脈振磁動(dòng)勢(shì)3/2 倍，即32 Iw k p安/極)三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向取決于電流的相序和三相繞組在空間上的排列次序?；ê铣纱艅?dòng)勢(shì)總是從電流超前的相繞組向電流滯后的相繞組方向轉(zhuǎn)動(dòng)，例如電流相序?yàn)锳BC，則基波合成磁動(dòng)勢(shì)按A軸B軸C軸方向旋轉(zhuǎn)，改變?nèi)嗬@組中電流相序可以改變旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向。三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速與電流頻率保持嚴(yán)格不變的關(guān)

3、系，即該轉(zhuǎn)速即為同步速。當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，基波合成磁動(dòng)勢(shì)的波幅剛好轉(zhuǎn)到該相繞組的軸線上，磁動(dòng)勢(shì)的方向與繞組中電流的方向符合右手螺旋定則。分析方法如果三相等效繞組里通過三相對(duì)稱電流，則每相均產(chǎn)生一脈振磁動(dòng)勢(shì)；把三個(gè)相繞組的磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行合成，即得三相繞組的合成磁動(dòng)勢(shì)。合成的方法有數(shù)學(xué)分析法，矢量合成法，波形合成法等。每一相的基波脈振磁動(dòng)勢(shì)用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量來表示，也可求出三相基波合成磁動(dòng)勢(shì)。AFA1FA1BCAFB1FA1BCAFB1FC1FA1BCAFB1FC1F1FA1BC交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)9-3三相繞組的磁動(dòng)勢(shì)三相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)三相繞組通入三相對(duì)稱電流時(shí)，在每相中除產(chǎn)生基波磁動(dòng)勢(shì)外，還產(chǎn)生一

4、系列奇次諧波磁動(dòng)勢(shì)，仍可用分析基波的方法來分析 諧波磁動(dòng)勢(shì)的合成。但要注意：三相繞組中電流的相位仍為互差120 v次諧波而言， 卻互差120度空間電角度，下面主要分析3、5、7 次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)，由此可以推出其它次諧波情況。三相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)1.三相三次諧波磁動(dòng)勢(shì)對(duì)于三次諧波而言，空間角為基波時(shí)的3倍，仿照各相基波磁動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式可以寫出f cost cosfB3 cos(t120)cos120)cos(t120)cosfC cos(t240)cos240)cos(t240)cos三相繞組的諧波磁動(dòng)勢(shì)f3fA3fB3fC3 0結(jié)論：1）由于f A3、fB3、fC 3在空間上同相位，而在脈振時(shí)間

5、上互差120度， 故三相繞組的三次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)為零。2）類似的分析可以得出，三相繞組的三的倍數(shù)次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)也等于零，即三相對(duì)稱繞組通入三 相對(duì)稱電流時(shí)，不存在3、9、15次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)。2.三相五次諧波磁動(dòng)勢(shì)各相五次諧波磁動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為：f costcosfB5 120)cos120)fC 240)cos240)3把每相的脈振磁動(dòng)勢(shì)分解為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，相加即得五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值：3f5 f A5 fB5 fC 2 ) )33 2 3 25Iw k p 11.355Iw k p安/極)為五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值三相五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)是：三相五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)是一幅值恒定的旋

6、轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的幅值等于一相脈振磁動(dòng)勢(shì)五次諧波最大幅值的 3/2 倍，如用基波磁動(dòng)勢(shì)表示，則Fkw51 5kw1(t) 這一條件求出，dn 1ndt5551即五次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速為基波的1/5，轉(zhuǎn)向基波的相反。 1(k為正整數(shù))次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)都為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，旋轉(zhuǎn)方向與基波的相反，轉(zhuǎn)速為基波的1/(6k。3.三相七次諧波磁動(dòng)勢(shì)將三相的三個(gè)七次諧波脈振磁動(dòng)勢(shì)相加，可得七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)為f7332 3cos(t ) F7 cos(t ) 2 1 1.357Iw k p安/極)為七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的幅值。三相七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)是：三相七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)是一幅值恒定的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)

7、磁動(dòng)勢(shì)的幅值等于一相脈振磁動(dòng)勢(shì)七次諧波最大幅值的 3/2 倍，如用基波磁動(dòng)勢(shì)表示，則Fkw71 7kw1(t 0 這一條件求出為：n 1 n771即七次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速為基波的 1/7 ，轉(zhuǎn)向與基波的一致。 (6k1)(k為正整數(shù))次諧波合成磁動(dòng)勢(shì)都為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，旋轉(zhuǎn)方向與基波的一致，轉(zhuǎn)速為基波的1/(6k1)。討論：諧波磁動(dòng)勢(shì)(或相應(yīng)的諧波磁場(chǎng))的存在，在交流電機(jī)中引起附加損耗、振動(dòng)和噪音等不良影響。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)還引起附加轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)性能變壞，因此設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)應(yīng)盡量削弱磁動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，采用短距和分布繞組是達(dá)到這個(gè)目的的重要方法。一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，額定容量為800kVA，Y接 法，額

8、定電壓為6kV，P=3，Z=54，雙層繞組，Wc=4， 線圈節(jié)距為19，a=1，求三相繞組通過額定電流時(shí)的合成基波、三、五次諧波磁勢(shì)的幅值。交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)9-4橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) A橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生原因F三相對(duì)稱繞組通過三 相對(duì)稱電流時(shí)，三相 基波合成磁動(dòng)勢(shì)為圓 三相反轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)之 和恰好等于0。1FA1FBB1C如果三相繞組或者三相電流不對(duì)稱，則三個(gè)反轉(zhuǎn)的基波磁動(dòng)勢(shì)互相不能抵消。這時(shí)在電機(jī)氣隙空間，既有合成的正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，又有合成的反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。在各瞬間把正、反轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)迭加起來，就是總磁動(dòng)勢(shì)。這種情況下，隨著時(shí)間的變化，總磁動(dòng)勢(shì)的幅值和位置都發(fā)生改變，其矢量末端軌跡不再是圓形，而是

9、橢圓形?，F(xiàn)以例說明。已知一三相對(duì)稱交流繞組中的電流為：iA2IAcostiB2IB0cos(t120)并且 IIB，求產(chǎn)生的基波合成磁動(dòng)勢(shì)。采用矢量合成方法求解，圖中，+A、+B、+C軸表示A、B、C三相繞組的軸線，它們互差120 電角度。研究 wt=0 這一瞬間的情況。AF1FF112B C顯然，電機(jī)氣隙空間存在兩個(gè)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)、和兩個(gè)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)、。把兩個(gè)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)矢量相加，即得正轉(zhuǎn)合成基波磁動(dòng)勢(shì)。F F F1它是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它的矢量末端軌跡為一個(gè)圓形。把兩個(gè)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)矢量相加，即得反轉(zhuǎn)合成磁動(dòng)勢(shì)F F F1B1它也是一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。既然在電機(jī)里同時(shí)存在著正、反轉(zhuǎn)的合成磁動(dòng)勢(shì)，因此

10、FF 的轉(zhuǎn)1向相反，合成時(shí)，只能在某個(gè)固定瞬間，找到111F和11的大小及位置，再進(jìn)行合成，即得該瞬間的總磁動(dòng)勢(shì)， 其幅值為F221F221F2FFcos11111式中為1F之間的空間電角度。11F11F轉(zhuǎn)至同方向時(shí)=0 ，合成后F1 為最大，當(dāng)F11轉(zhuǎn)至反方向時(shí) = 111為最小。其它瞬間的合成介于上述兩種情況之間。1從圖中可見，總磁動(dòng)勢(shì)矢量的末端軌跡是一個(gè)橢圓，因此稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)FF同方向時(shí)，為橢圓的長軸，其幅值為F 1F1為橢圓的短軸，其幅值為11F F11。AF1FF112B C橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向，視正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)哪一個(gè)強(qiáng)而定，其轉(zhuǎn)向與磁動(dòng)勢(shì)強(qiáng)的轉(zhuǎn)向一致?？梢酝瞥?/p>

11、，橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速n F2F2 11nF211可見，當(dāng)它的轉(zhuǎn)速是不均勻的，而是與合成磁動(dòng)勢(shì)幅值的平方成反比，故短軸處轉(zhuǎn)速最高，長軸處轉(zhuǎn)速最低，其平均轉(zhuǎn)速為n 60 r /min1pf1是電流的交變頻率。AF1FF112B C實(shí)際上，只要兩相以上繞組在空間上有相位差，通入時(shí)間上有相位差的電流，就可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。一般而言F 、F 中有一個(gè)為零，即為圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；11F 、F 都不為零，且彼此不相等，即為橢圓11形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；F、F 不為零，但二者相等時(shí)，才為11脈振磁動(dòng)勢(shì)。交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)作業(yè)交流繞組的磁動(dòng)勢(shì)9-6交流繞組漏磁通和漏抗的概念主磁通和漏磁通的概念三相交流繞組通過三相交流電

12、流時(shí)，要產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)， 而磁動(dòng)勢(shì)作用在磁路上要產(chǎn)生磁通，為了便于分析，我 們把磁通分為兩部分。主磁通：基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的通過氣隙與定、轉(zhuǎn)子繞組交鏈的磁通。該磁通是總磁通的主要部分，且在電機(jī)中，通過這部分磁通實(shí)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間的能量轉(zhuǎn)換。漏磁通：僅僅與定子繞組交鏈或即使進(jìn)入轉(zhuǎn)子，但不產(chǎn)生有用轉(zhuǎn)矩 。定子漏磁通的分類槽漏磁通：橫穿定子槽的漏磁通。端部磁通：交鏈定子繞組端部的漏磁通。諧波磁通：由定子高次諧波磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁通，這 部分磁通雖然進(jìn)入轉(zhuǎn)子，但對(duì)轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生有用的轉(zhuǎn)矩， 然而，這部分磁通也在旋轉(zhuǎn)，它要在定子繞組中感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)，由于諧波磁動(dòng)勢(shì)的極對(duì)數(shù)為p，轉(zhuǎn)速為n1/，所以在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)頻率為6060 f60即為基波頻率。由于高次諧波磁通與槽部和端部漏磁通在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)頻率相同，故把它也作為漏磁通處理，稱為諧波漏磁通或差漏磁通。漏抗的概念漏磁電動(dòng)勢(shì)：不管是槽漏磁通、端部漏磁通還是諧波漏磁通，它們都要在定子繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這些電動(dòng)勢(shì)通稱為漏磁電動(dòng)勢(shì)，在分析時(shí)常用漏抗壓降的形式表示為 jIx式中：為定子電流的有效值。x為定子繞組的漏電抗。它包括槽漏抗、端部漏抗和諧波漏抗三部分