第14章交流绕组磁势
交流绕组的磁势
选用高磁导率材料
采用高磁导率的材料制作绕组,提高磁势的效率。
优化磁路设计
合理设计电机磁路,降低磁阻,提高磁势的利用 率。
3
提高绕组利用率
优化绕组排布,提高绕组的填充系数,从而提高 磁势效率。
减小磁势损耗的方法
采用低损耗材料
01
选用低损耗的磁性材料和绝缘材料,降低磁势过程中的能量损
失。
优化冷却系统
02
转。
磁势波形
交流绕组的磁势波形是正弦波, 其频率与电源频率一致。磁势的 幅值和相位角取决于绕组的匝数
和电流的相位。
磁势平衡
在电动机运行过程中,磁势在空 间中旋转并保持平衡,以减少磁 场能量的损失和减小电动机的振
动。
发电机的工作原理
01
发电机的磁势
发电机中的磁势是由直流励磁电流产生的,该电流通过励磁绕组产生磁
磁势的波形
正弦波
在理想情况下,交流绕组的磁势波形 应为正弦波。正弦波具有连续、平滑 的特性,能够减少谐波干扰和能量损 失。
畸变波形
实际应用中,由于各种因素的影响, 交流绕组的磁势波形可能会出现畸变, 如波形失真、脉冲等。畸变的磁势波 形可能导致电机性能下降、振动和噪 声等问题。
磁势的频率与相位
频率
磁势大小
三相绕组的磁势大小取决于各相绕组 的匝数、电流有效值以及磁场频率。
多相绕组的磁势
磁势波形
多相绕组产生的磁势波形为多相正弦波。
磁势大小
多相绕组的磁势大小取决于各相绕组的匝数、电 流有效值以及磁场频率。
磁势特点
多相绕组的磁势具有更高的对称性和稳定性,适 用于大型电机和变压器的设计。
03
交流绕组磁势的特性
场。发电机的磁势与发电机转子的转速和励磁电流的频率有关。
电机学交流绕组知识点
交流绕组部分(感应电动势和磁动势)习题1.谐波电动势对电机运行有何影响?为什么同步发电机定子绕组采用星型接法?谐波电动势使电机的电动势波形非正弦,产生谐波转矩和附加损耗。
为了消除3次谐波,同步电机定子绕组采用星形接法。
(三相交流电流中,各相基波电动势相位差为120度,而各相的三次谐波电动势相位差为360度,即为同相。
同理,3的倍数的各奇次谐波也为同相位。
这样接成星形时,在线电动势中不可能出现3次和3的倍数奇次谐波电动势。
当三相绕组接成三角形,3次及3的倍数奇次谐波电动势在闭合的三角形电路中被短路而形成环流,引起附加铜损耗,虽然这时只残留微少的电压降,线电动势中仍不出现这类谐波。
因此多采用星形连接。
)2.为什么交流绕组的磁动势,既是时间函数又是空间函数?用单相绕组基波磁动势来说明。
交流绕组的电流是随时间而变化的正弦函数。
磁动势为空间函数,磁场在空间分布。
(见练习题书P.121)3.脉动磁动势和旋转磁动势有什么关系?脉动磁动势可以分解为两个旋转磁动势分量,每个旋转磁动势分量的振幅为脉动磁动势振幅的一半,旋转速度相同,但旋转方向相反。
(分解的表达式见笔记p.3)。
等式左边为脉动磁动势,等式右边第一项为正向旋转磁动势,在空间按正弦规律分布,幅值不变,幅值位置在wt-x=0处,随时间变化,磁动势波在空间移动,移动的速度为w,所以是旋转磁动势。
等式右边第二项为负向旋转磁动势。
4.产生圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有何不同?m相对称电流流入m相对称绕组时,产生圆形旋转磁动势。
m相不对称电流流入m相对称绕组,或者m相对称电流流入m相不对称绕组时,产生椭圆形旋转磁动势。
5.如果不考虑谐波分量,在任一瞬间,脉动磁动势的空间分布是怎样的?圆形旋转磁动势的空间分布是怎样的?椭圆形旋转磁动势在空间分布是怎样的?如果观察一瞬间,能否区别该磁动势是脉动磁动势、圆形旋转磁动势或椭圆形旋转磁动势?如果不考虑谐波分量,在任一瞬间,脉动磁动势、圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势在空间分布均为正弦波,故不能区别三种磁动势。
25电机学-交流绕组的磁动势4
交流绕组的磁动势§9-2 一相绕组的磁动势(1)一相绕组的磁动势为一空间位置固定、幅值随时间变化的脉振磁动势,脉振的频率等于电流的频率,脉振磁动势的幅值位于相绕组的轴线上。
(2)一相绕组的基波(或谐波)脉振磁动势可以分解成两个幅值相等。
转速相同,转向相反的旋转磁动势。
旋转电角速度w 恰恰等于角频率每分钟转数同步速n1(3)一相绕组的 v 次谐波磁动势表达式为:f ϕν =Fϕν=Fϕmνcosναcosωt cosνα=0.9νIwkp wνcosωt cosνα交流绕组的磁动势§9-3 三相绕组的磁动势研究对象为研究方便,把三相绕组的每一相用一个等效的单层整距集中绕组来代替,该等效绕组的匝数等于实际一相串联匝数w 乘以绕组因数kw1, kw1w 称为一相的有效匝数,三相绕组在空间互差120度电角度。
这是一对极电机的三相等效绕组示意图。
电流正方向+B +AYC A XZ α=0 B+C三相绕组的基波磁动势结论:三相基波合成磁动势具有以下性质1)三相对称绕组通入三相对称电流产生的基波合成磁动势为一幅值不变的旋转磁动势。
由于基波磁动势矢量的端点轨迹是一个圆形,故又称为圆形旋转磁动势。
2)三相基波合成磁动势的幅值为一相基波脉振磁动势最大幅值的3/2 倍,即F 1 =32Fϕm1= 1.35Iwkp w1(安/ 极)3)三相基波合成磁动势的转向取决于电流的相序和三相绕组在空间上的排列次序。
基波合成磁动势总是从电流超前的相绕组向电流滞后的相绕组方向转动,例如电流相序为A-B-C,则基波合成磁动势按A轴-B轴-C轴方向旋转,改变三相绕组中电流相序可以改变旋转磁动势的转向。
4)三相基波合成磁动势的转速与电流频率保持严格不变的关系,即该转速即为同步速。
5)当某相电流达到最大值时,基波合成磁动势的波幅刚好转到该相绕组的轴线上,磁动势的方向与绕组中电流的方向符合右手螺旋定则。
分析方法如果三相等效绕组里通过三相对称电流,则每相均产生一脉振磁动势;把三个相绕组的磁动势进行合成,即得三相绕组的合成磁动势。
交流绕组一个整距线圈磁势的空间分布为
交流绕组一个整距线圈磁势的空间分布为在一个线圈磁势的空间分布中,可以看出以下特点:
1、空间相位:由于线圈的曲线形状,在它周围就形成了一个空间相位,这个空间相位意味着在不同位置,同一相位的磁势变化会有所不同。
2、空间强度:将线圈围绕在一起,空间内部的磁势的强度随着线圈的
增多而得以增强,空间强度在这一区域内是一个持续不断的平衡过程。
3、磁势的衰减:随着距离的增加,磁势会不断的衰减,衰减的速度可
以用幂次函数表示。
4、磁势方向:空间内不同位置的磁势,其方向相互垂直变化,当距离
改变时,方向会随之改变。
5、弯曲效应:由于空间内存在有限弯曲,磁势衰减会受到弯曲影响,
可以抵消大部分衰减。
6、磁势反射:当场强越大时,就会引起大量的磁势反射,这种反射可
以增加空间距离磁势的强度。
7、外部磁学场:空间内存在一个外部磁学场,会在线圈外有一定范围
的定时。
由以上可以看出,磁势在不同位置会有所变化,在有效施磁电路中也会受到外界磁场的影响,需要通过不断调试来获得理想的结果。
23.交流绕组的磁动势-脉振磁动势的分解03
五、脉振磁动势的分解()()11111111cos cos cos cos 22m m m f F t F t f f F t φφφφφφωαωαωα==−++''+'=即:一个脉振磁动势可以分解为两个幅值为的磁动势。
121m F ϕ1)第一项:()αωϕϕ−='t F f m cos 2111即:旋转磁动势(行波)的角速度等于电流角频率,朝+α方向旋转。
在空间上向前运动的波形在物理学上叫行波。
因此该磁动势不再是一个脉振的磁动势,而是变为一个空间分布不变,但向前运动的旋转磁动势。
因其幅值不变,旋转矢量末端的轨迹是一个圆,所以也称为圆形旋转磁动势。
()1602d dft f n dt dtpαωωπ====取磁动势幅值为这一点进行研究121m F ϕ§9-2 一相绕组的磁动势(续)()αωϕϕ−='t F f m cos 2111对应的波形图选取波形幅值所在位置的点进行分析,令ωt-α=0,则α=ωt上图中从左到右的三个波形分别对应,α=0、α=π/2、α=π三个时刻的波形。
对应上述三个时刻的波形,可以看到幅值对应的点在向右移动,在电机表面就是在逆时针旋转。
旋转角速度d α/dt=ω(rad/s )换算为电机转速为同步速2)第二项:即:旋转磁动势转速与的相同,但转向相反。
可见第二项和第一项都是圆形旋转磁动势,幅值、转速都相同,只是转向相反。
同样我们也可以用波形来分析第二项。
可以得到和第一项类似的结果。
()αωϕϕ+=''t F f m cos 21111602d f f n dt pαωπ=−=−=−1ϕf '对应的波形图选取波形幅值所在位置的点进行分析,令ωt+α=0,则α=-ωt上图中从左到右的三个波形分别对应,α=0、α=-π/2、α=-π三个时刻的波形。
对应上述三个时刻的波形,可以看到幅值对应的点在向左移动,在电机表面就是在顺时针旋转。
交流绕组的磁动势
定、转子旋转磁场:
A Z
旋转方向相同
X
转速相等
定、转子旋转磁场在空间保 持相对静止——同步
B
• 3、在产生一定大小的电动势和磁动势,且 保证绝缘性能和机械强度可靠的条件下,尽 量减少用铜量。
• 4、制造工艺简单、检修方便。
C X
B
转子绕组又称励磁绕组,
Y
C
A
X
起励电源
图1.18 自并励系统原理电路图
Z
B
励磁绕组中流过直流电流,产生的磁场称励磁磁场或主极磁场,
相对于转子静止,随转子一起转动,相对于定子转速为转子转速n,
在随转子一起转动的过程中,定子三相绕组感应对称的电动势, 电动势的相序由转子的转向决定, 频率由转速决定, f pn
60
• 1、导体电动势
• 2 、整距线匝电动势 y1= τ
Ec1 2.22 f 1 Et1 4.44 f 1
3、短距线匝电动势有效值y1< τ Et1( y1 ) 4.44k y1 f 1
对于三相绕组,当流过对称的三相电流,将产生一个旋转磁动势
Y A
Z
C X
B
定、转子磁动势之间的关系
转子磁场旋转,
定子三相绕组感应对称的电动势, 电动势的相序由转子的转向决定,
定子三相合成旋转磁场
Y
C
频率由转速决定,
f
pn 60
转向由三相电流的相序和绕组的空
间排列决定,
转速由频率决定,
n
60 f p
对于单相绕组,将产生一个脉振磁动势,
因为采用了短距和分布绕组,其各高 次谐波已被极大的削弱,
该脉振磁动势为,在时间上随电
流同频率脉振,在空间上每一时
交流绕组及其电动势和磁动势
•4.2三相双层绕组
•一、基本概念
•1.线圈(绕组元件):是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈 按一定规律的排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线 圈。与线圈相关的概念包括:有效边;端部;线圈节距等(看 图)
•4.2三相双层绕组 •一、基本概念
•2.极距τ :沿定子铁心内圆每个磁极所占的范围
•3.线圈节距y:一个线圈两个有效边之间所跨过的槽数称为线 圈的节距。用y表示。(看图) •y<τ时,线圈称为短距线圈;y=τ时,线圈称为整距线圈; •y>τ时,线圈称为长距线圈。
4.谐波的弊害
⑴使电动势波形变坏,发电机本身能耗增加 ,η↑,从而影响用电设备的运行性能
• ⑵干扰临近的通讯线路
二、消除谐波电动势的方法
因为EΦv=4.44fυNRwvΦv所以通过减小KWr 或Φr可降低EΦr
1.采用短距绕组 2.采用分布绕组,降低。 3.改善主磁场分布 4.斜曹或斜极
4.5通有正弦交流电时单相绕组的磁动势
• 二、交流绕组的分类 • 按相数分为:单相、三相、多相
• 按槽内层数分为:单层(同心式、链式、交叉 式)、双层(叠绕组、波绕组)、单双层
• 每极每相槽数q:整数槽、分数槽
•4.2三相双层绕组 •双层绕组的主要优点(P113)
•一、基本概念
:
•1.线圈(绕组元件):是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈
⑶谐波磁场的槽距角:dγ =γd
⑷谐波磁场的转速:nr = ns主磁极的转速( 同步转速)
⑸谐波感应电动势的频率:fv= pv* nv/60 = vp ns/60=vf1
⑹谐波感应电动势的节距因数kpv ⑺谐波感应电动势的分布因数kdv ⑻谐波感应电动势的绕组因数kwv= kpv kdv ⑼谐波电动势(相值)
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
气隙磁场按正弦规律分布时,同步速旋转的磁场在定子绕组中感应电动势。
导体感应电动势――线圈电动势――分布绕组电动势――相电动势。
一、基波电动势:
1、导体电动势Ec1:
在正弦分布磁场下,导体电动势为一正弦波。
电动势用有效值表示。
2、线圈电动势Ey1:
3、分布绕组电动势Eq1:
4、相电动势E:
将一相所串联的分布绕组电动势相加得一相电动势。
二、谐波电动势:
计算方法与基波类似。
V次谐波磁场的极对数为基波的v倍,极距为基波的1/v倍。
定子绕组感应电动势的频率为基波频率的v倍。
谐波电动势有效值为:
三、总的相电动势有效值为:
气隙磁场在转子绕组内也感应电动势,分为主磁通感应电动势和漏磁通感应电动势,其计算的方法与定子内感应电动势的计算相同。
交流电机电枢绕组电动势和磁通势
交流电机电枢绕组电动势和磁通势1.几个基本概念(1)极距相邻两个磁极轴线之间的距离,称为极距,用字母“”表示。
极距的大小可以用长度表示,或用在铁心上线槽数表示,也可以用电角度表示。
由于各磁极是匀称分布的,所以极距在数值上也等于每极所占有的线槽数,但极距与磁极所占有槽的空间位置不同。
以24槽4极电动机为例,每极所占槽数是24/4=6槽,各极中心轴线到与它相邻的磁极中心轴线的距离,也就是极距,明显也是6糟。
一般地说,总槽数为Z1.有2P个磁极的电动机,其极距为=Z1/2P(2)电角度与槽距角α一个圆周的机械角度是360°,在讨论电动机问题时,把这种定义的角度称为空间机械角度,用θ表示。
假如铁心圆周上分布有一对磁极,那么沿铁心圆周转1周,则经过了空间机械角360°,同时从磁场变化方面来说也完成了一个周期的变化,即N-S-N,或S-N-S,为了更加清楚地描述磁场,我们沿用机械角度变化1周为360°空间机械角的描述,就说磁场变化1周在电空间也变化360°电角度。
这种状况(指有1对磁极状况)下,电角度(用α’表示)和空间机械角度数是相等的,即α’=θ假如是四极电动机,就是定子内圆上匀称分布着两对磁极,沿铁心圆周转动,每经过1对磁极,从电的方面讲就完成了1对磁场周期的变化,也就是转过了360°电角度。
沿铁心圆周转1周,转过的空间机械角仍是360°,但在电的方面完成了2周变化,转过的电角度就是α’=360°×2=720°。
对于有P对磁极的电动机来说,铁心圆周的空间机械角当然还是360°,而对应的电角度则是α’=360°×P需要留意的是,按式求得的电角度α是铁心整个圆周的电角度。
在后面的分析中,更多用到的是“槽间电角度”,即铁心上相邻两槽中心间隔的电角度,它也等于每一个槽子所占据的电角度。
槽间电角度的计算公式为α=360°×P/Z1式中Z1——电动机铁心总槽数。
交流电枢绕组的磁动势
三相绕组合成磁动势的特点
1. 在三相对称分布的绕组中,通入三相对称的 交流电流时,所产生的合成磁动势波为一个 沿空间按一定规律分布、波幅恒定、随时间 在空间旋转的磁动势波; 2. 合成磁动势中除包含基波磁动势分量外,还 包含5、7、11等一系列奇数次谐波磁动势分 量。
4
41 41 f (a ) f k cos(a ) f k cos(3a ) f k cos(5a ) 3 5
4
结论:
1.基波磁动势的幅值为4/π fk,是矩形波磁动势的 4/π 倍; 谐波磁动势幅值为基波幅值的1/ν 倍; 2.基波磁动势波长与原矩形波长一样,磁极对数亦 相同; 谐波的波长为基波的1/ν ,极对数为极波的ν 倍。
cos 240 cos t 240
三相合成基波磁动势表达式
f1 f A1 f B1 fC1 Fm1 cos cos t Fm1 cos 120 cos t 120 Fm1 cos 240 cos t 240
f A1 ( , t )
A相脉振磁势幅值
Fm1
4
2 N k I 0.9 N k I 2
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
按矩形波分布、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。 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。
2. 用傅里叶级数分解矩形波磁动势
A
f
1 1 iN k iN 2 2 k
41 iN 2 k
交流电机的绕组、磁通势和电动势
绕组的连接方式
01
02
03
04
并联
将两个或多个绕组并联连接, 以增加电机输出电流。
串联
将两个或多个绕组串联连接, 以增加电机输出电压。
星形连接
将绕组的三个末端连接在一起 ,形成一个中性点,通常用于
三相电机。
三角形连接
将三相电机的三个绕组首尾相 接,形成一个闭合回路,通常
用于高压电机。
02 交流电机磁通势
作用。
转矩产生
02
反电动势与电源电动势的相互作用产生转矩,驱动电机旋转。
调速控制
03
通过改变电源电动势的相位和大小,可以调节电机的转速,实
现调速控制。
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基于磁路的分析
通过对电机磁路的建模和分析,可以计算出磁通 势的大小和分布。这种方法需要建立磁路的数学 模型,并进行求解。
实验测量
通过实验测量电机的磁场强度和分布,可以间接 得到磁通势的大小和分布。这种方法需要专业的 测量设备和实验条件。
03 交流电机电动势
电动势的概念
电动势是描述电源将 其他形式的能量转换 为电能的能力的物理 量。
电动势的方向规定为 电源内部电流的方向, 即从负极指向正极。
在电路中,电动势表 示为电压源或电压降 落。
电动势的计算方法
欧姆定律
E=IR,其中E为电动势,I为电流, R为电阻。
基尔霍夫定律
在电路中,电动势的代数和等于零 ,即∑E=0。
叠加原理
在多个电源共同作用的电路中,每 个电源产生的电动势单独作用,然 后求和。
电动势的分类与特性
直流电动势
方向和大小保持不变的电动势 ,如电池提供的电源。
交流电机电枢绕组的电动势与磁通势
Eq1 Ey1
2
sin
qEy1
2
sin
qEy1kq1
2
2
sin q
kq1
q
2
sin
2
--绕组的分布因数
二、线圈组的感应电动势
Eq1 qE k y1 q1
Ey( y ) 4.44 f1N yk y11
一个线圈组电动势的有效值为:
Eq( y ) 4.44 f1qN ykq1ky11 4.44 f1(qN y )k11
设短距线圈的节距缩短的角度为 y1 :
1
t
t N y B1mLr sintd (t) N y B1mLr
cost t t
N yB1mLr cos t cost
1
Ny
B1m Lr
6.2 交流电机电枢绕组
分类:
(1)按相数: 分为单相、两相、三相及多相绕组。
(2)按槽内层数: 分为单层和双层绕组。 单层绕组又可分为链式、交叉式和同心式绕组; 双层绕组又可分为叠绕组和波绕组。
(3)按每极每相槽数: 分为整数槽和分数槽绕组。
6.2 交流电机电枢绕组
6.2 交流电机电枢绕组
三相六极异步电动机,额定频率50Hz。已 知定子槽数36,绕组为单层整距分布绕组, 每相两条支路,每个线圈的匝数为40匝, 每相绕组的基波感应电势为200V,求每极 磁通量。
q Q 36 2 p 360 0 3 360 0 300
2 pm 2 3 3
交流电机电枢绕组的 电动势与磁通势
电枢
是电机中机电能量转换的关键部分。 直流电机电枢:转子 交流电机电枢:定子
三相交流绕组
2
二、交流绕组的分类
按相数分
单相 三相
按每极每相槽数分
整数槽 分数槽 同心式 交叉式 链式
叠绕 波绕
单层 按槽内层数分 双层
本章主要介绍三相整数槽绕组。
3
4-2 三相双层绕组
对于10kw以上的三相交流电机,其定子绕组一般均采用双 层绕组。 双层绕组每个槽内有上、下 两个线圈边,分别称为上层 边和下层边。一个线圈的一 个边放在某槽的上层,另一 个边则放在下层,相隔的槽 数称为节距,用y1表示。 在双层绕组中线圈数正好等于槽数。
m3 p 360 2 360 20 Q 36
8
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9
1、绘槽电动势星形图
若气隙中有一正弦分布的旋转磁场,则槽内导体的感应电动 大小相等,相位依次相差一个槽距角。
14
13 12 15 16 17
18
11
1
10 2
9
3 8 7 6 5 4
10
2、划分相带 (每极下每相所占有的区域称为相带) 以A相为例,A相在每极下应占有3个槽,整个定子中A相 共有12个槽,为使合成电动势最大,在第一个N极下取1、 2、3三个槽作为A相带,在第一个S极下取10、11、12三 个槽作为X相带。1、2、3三个槽向量间夹角最小,合成 电动势最大,而10、11、12三个槽分别与1、2、3三个 槽相差一个极距,即180度电角度,这两个线圈组(极 相组)反接以后合成电动势代数相加,其合成电动势最 大。
23
一路串联
24
4-3 三相单层绕组
单层绕组每槽只有一个线圈边,所以线圈数等于槽数的一半。这种绕 组下线方便,槽利用率高(无层间绝缘)。分同心式、链式和交叉式, 本节介绍单层绕组连接规律,现分别说明如下:
同步电机-交流绕组的电动势和磁动势
1
6
60°
2
5
3
4
转子以同步速旋转,电角速度=电角频率。转过 60 度空间电角度所需要的时间=时间电角度
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
槽电势星形图: 1槽导体与4槽导体串联组成整距线圈构成A 相绕组,由于1槽导体与4槽导体处于不同的 极性下,因此A相电动势应为1槽导体电动势 与4槽导体电动势的相量差。同理,B相电动 势应为3槽导体电动势与6槽导体电动势的相 量差,C相电动势应为5槽导体电动势与2槽 导体电动势的相量差,如图所示,可知三相 绕组的基波电动势为三相对称电动势。 集中整距绕组的优缺点:简单,但感应的 C 电动势波形不好,而且由于绕组集中,运 行时发热集中,散热不良,再加上电枢表 面空间利用率低,所以一般采用分布绕组。
没有层间绝缘击穿的问题,提高了电机工作的可靠性,此外单层 绕组嵌线也比较方便,但由于节距受到一定的限制,不能利用它 来改善电动势和磁动势波形,因此单层绕组一般用在 lOkW以下 的异步电动机中。
交流电机的绕组和电动势
§8-2 三相单层绕组
三相单层集中整距绕组
三相绕组是由三个单相绕组组成的,为了使三相绕组感应 的电动势幅值相等,相位互差120度电角度,要求三个相绕组的 匝数必须相等,而且每相绕组的轴线应彼此互差 120 度空间电 角度,例如一台 p=1 的电机,电枢槽数 Z=6 ,则每极每相槽数 q=Z/2pm=6/2×3 = 1( 集中绕组 ) ,取节距 y=Z/2p=3( 整距 ), 若连 成单层绕组,其绕组排列如图所示。
交流绕组的电动势和磁动势
三相对称绕组在一对磁极中相带具有什么分布规律?
课程导入
课程导入
A-Z-B-X-C-Y
课程讲解
课程总结
课后作业
2023年4月25日星期二11时0分23秒
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旋转磁场是交流电机工作的基础,在交流电机理论中有两种旋转磁场
1、机械旋转磁场
课程讲解
通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。
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课后作业
用图解法分析——不同时刻三相合成磁动势
三相对称绕组通入三相对称电流,产生的
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基波合成磁动势是一个幅值恒定不变的圆
形旋转磁动势,它有以下主要性质:
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(1)幅值是单相脉动磁动势最大幅值的3/2倍。
课后作业
Bm——磁通密度的最大值
Bav——正弦分布磁通密度的平均值, Bav=
2 Bm
一根导体电动势的有效值与电动势的频率和每极磁通量成正比,频率一定时,电动势
仅与每极磁通量的大小成正比。
二、线圈中的感应电动势
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1、整距线圈的电动势
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c1
E t Ec1-Ec2
Et
E c1 2.22 fΦ1
ky1 sin
y1
90
采用短距线圈主要为了削弱高次谐波,从而改善波形。
c2
三、线圈组的电动势
2、分布绕组
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E q 4.44fqk y1Φ1
S
q个线圈为集中绕组
N
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S
N
1、集中绕组
交流绕组的磁动势
要点二
技巧
利用有限元分析、电磁仿真等工具进行设计优化,提高设 计效率。
设计实例分析与应用前景展望
实例
以某型电机为例,通过优化绕组磁动势设计 ,实现了电机性能的提升和能耗的降低。
前景
随着技术的不断进步,交流绕组磁动势的优 化设计将具有更广泛的应用前景,为电机行
业的发展注入新的活力。
06
交流绕组磁动势在电机中的应用案例分析
04
交流绕组磁动势的测量与计算方法
测量方法及原理
80%
电流测量法
通过测量绕组中的电流,结合绕 组的匝数和磁动势的计算公式, 得到磁动势值。
100%
磁通测量法
通过测量绕组周围的磁通量,结 合绕组的匝数和磁动势的计算公 式,得到磁动势值。
80%
霍尔效应法
利用霍尔效应原理,通过测量绕 组周围的磁场强度,结合绕组的 匝数和磁动势的计算公式,得到 磁动势值。
02
大小,实现电能的传输和分配。
• 分析评价:交流绕组磁动势在变压器中的应用能够提高变压
03
器的效率,降低能耗,同时保证变压器的稳定运行。
应用前景展望与挑战应对策略
应用前景展望
随着科技的不断进步和新能源的发展,交流绕组磁动势在电机中的应用将更加广泛,如 高效电机、永磁电机等领域。
挑战应对策略
针对交流绕组磁动势在电机应用中的挑战,需要加强技术研发和创新,提高电机的性能 和效率,同时加强电机的维护和保养,保证电机的稳定运行。
02
交流绕组磁动势的数学模型
磁动势的向量表示
磁动势的向量定义
磁动势是一个向量,其大小等于磁通 势的幅度,方向与磁通势的旋转方向 相同。
磁动势的向量运算
磁动势的向量可以通过加减、数乘等 运算进行变换,以满足不同应用场景 的需求。
交流绕组的磁动势(3)
A
X
动势空间矢量位于相绕组轴线上。
三相绕组可简化成空间上互差
B
C
120度的三个单层整距线圈。
9.2.5 基波脉振磁动势的分解
(1) 解析表达 f1 F1m cost cos f1 f1
1 2
F1m
cos(t
)
1 2
F1m
cos(t
)
A
A
A
(2) 矢量表达
F1
F1 F1
t 180
F1
F1
t 0
9.2.4 一相绕组的磁动势
(2) 结论
f
( )
(0.9 1
I
W p
kw
) cost
cos
① 单相绕组通入单相交流电流产生的磁动势即是空间
的函数,又是时间的函数。
② 谐波磁动势是指磁动势在空间上的谐波分布。
③ 基波与谐波磁动势的幅值均以通入电流的频率随时
间在空间脉振。
④ 基波磁动势仍可用空间矢量表示,为此需引入等效
绕组及相绕组轴线的概念。
9.2.4 一相绕组的磁动势
(3) 等效绕组及相绕组轴线
A
f1
(0.9
I
W p
kw1) cost cos
W kW1
A
X
等效绕组:在p=1且产生磁动势
相等的前提下,以一个单层整距线
A
圈代替一相短距、分布绕组。
等效的单层整距线圈平面中法
W kW1 线即为相绕组轴线,且基波脉振磁
)]
A
B
f B1
F1m 2
[cos(t
)
cos(t
240)
]
fC1
F1m 2
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电枢的旋 转磁场的磁极 代替手动磁铁 的驱动作用。
同步手动动画
1 从实例看电枢磁场在能量转换中的作用
电枢的旋转磁场的磁极代替手动磁铁的驱动作用。
定子旋转磁场动画
从同步发电机能量转换关系理解电枢磁 场在能量转换中的作用
同步发电机示意 图: 从转子可以输入 数十万千瓦机械 功率,但是转子 不会超速,也是 因为定子表面有 等效磁极的阻力
磁势基波与谐波的辐值与波长
结论:
1.基波磁动势的幅值是矩形波磁动式幅值fk的 4/π倍; 谐波磁动势幅值为基波幅值的1/ν倍。
2.基波磁动势波长与原矩形波波长一样,磁极 对数亦相同(极距相同); 谐波的波长为基波的1/ν,极对数为基极波 的ν倍。
4 线圈中通入交变电流产生脉振磁动势
点击此处链接 脉振磁动势动画
安匝数与一对极情况相
同。习惯用电枢绕组一
相串联匝数N1计算磁势,
于是得到
FK1
4
2 N1I 2p
0.9 N1I p
B相脉振磁势:根据+B轴线位置,理解空间函数关系 fB1( , t) FK1 cos(t 120o) cos( 120o) 与磁势表达式对应的磁场、磁极:
iB
iB
B相电流建立的磁场的磁极与对称轴
fK 3 ( , t) FK 3 cos t cos 3
fK5 ( ,t) FK5 cost cos 5
结论:1)单个线圈当通入交流电流时产生在空间 按矩形波分布、位置固定、波幅的大小和正负随时 间变化的脉振磁势。
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)基波与各次谐波脉振磁势随时间脉振的 角频率相等,均等于电流的角频率。
第十四章 交流电枢绕组的磁动势
本章重点讨论的问题:
认识气隙磁动势 单相绕组磁动势——脉振磁动势 三相绕组合成磁动势——旋转磁动势
要求:
1. 掌握磁动势的概念与基本公式; 2. 掌握产生各磁势的条件及特点; 3. 了解用三角函数和向量来表示磁动势;
认识交流电机的电枢(定子)磁场
1 从实例看电枢磁场在能量转换中的作用
A相脉振磁势幅值
FK 1
4
2 2
Nk I
0.9Nk I
FK 3
1 4
3
2 2
Nk I
1 3
FK1
FK 5
1 4
5
2 2
Nk I
1 5
FK1
当绕组具有P对极时A相脉振磁势幅值
FK1
4
2 N1I 2p
0.9 N1I p
注意:此处用N1, 不是N,且此
处I不是上面的I。
P对极一相脉振磁势幅值
图中,绕组具有两对极, 每对极仍然只有一个线 圈,磁力线回路包围的
同步电机动画
2 交流电枢绕组磁动势问题的知识结构
目的:学会如何分析对称三相绕组产生的旋转磁 场,认识其特点;
方法:从气隙磁动势入手进行分析;
过程:一个载流线圈(集中整距绕组)的磁场与 磁势; 一相绕组电流的磁势; 三相绕组流过对称三相电流的磁势;
§14-1 单层集中整距绕组的一相磁动势
交流电机模型图(A相集中绕组)
B相磁势空间分布波形
C相脉振磁势表达式
fC1( , t) FK1 cos(t 240o) cos( 240o)
A相磁动势波动画
B相磁动势波动画
C相磁动势波动画
A、B、C三相绕组的脉振磁势各自位置不变,正负 交替地脉振。在相互错开三分之一周期的不同时刻 分别达到其最大值。
思考:三者的合成磁场有何特点? 其最大值所在位置是固定的,还是变化的?
结论:载流线圈所产生的气隙磁势沿定子内圆分布 是矩形波,在导体处,气隙磁势发生突变。
用傅里叶级数分解矩形波磁动势
如何处理矩形波磁势?
为了得到所有绕组中电流共同产生的磁势与 磁场。两个方法:各绕组矩形波磁势相加,或 谐波分析后基波与各次谐波分别相加。
仿照研究电势的方法,对矩形波磁势作傅里 叶级数分解,得到在气隙空间分布的正弦变化 的基波磁势与谐波磁势。
§14-2 单层集中整距绕组的三相磁动势
说明: 三相绕组在空间对称分布; 三相电流为对称、正弦交变;
点击此处链接 三相合成磁场动画
点击此处链接 三相合成磁场的磁力线动画
问题:三相合成磁场的旋转磁场如何表达? 其空间波形、幅值、转速、转向、 参考位置如何确定?
当线圈电流交变时,磁势沿气隙分布仍是矩 形,但幅值随时间按余弦规律变化,也就是说整 个磁势波发生脉振。
A相电流表达式 i 2I cos t
A相脉振磁势基波表达式(参见前面第3页)
f K 1 (
,t)
4
Nk
(
2I cost) cos
2
FK1 cost cos
单线圈脉振磁场分解示意图
A相脉振磁势谐波表达式(参见前面第3页)
1 电枢单一线圈的磁路、磁极与磁力线分布
1)电枢单一线圈的磁路与磁极 (1)带气隙载流铁心线圈的磁路与磁极:
特点:假设通入直流电流,磁路在铁心范围 内,气隙两侧为N,S极
S N
(2)磁路与磁极:从铁心线圈到定子铁心 特点:平行气隙变为圆形空间,磁路仍在铁心范围内;
左侧气隙两侧为N,S极,右侧铁心内圆为N,S极。
S S N
N
(2)磁路与磁极:从铁心线圈到定子铁心
特点:外圆与槽形由方变圆,磁路仍在铁心范围内; 铁心内圆仍为N,S极。
S
S
N
N
2)电枢单一线圈的磁力线分布
假设线圈中通入 直流电流后所产 生的磁场分布的 特点: 磁力线沿定子圆 周均匀分布。 (用数值计算方 法得到)
2 线圈磁动势的空间分布
在定子内圆表面建立空间圆弧坐标,以A相 绕组轴线与定子内圆表面交点作为原点,坐标用 电角度α表示。把气隙圆周展成直线,横坐标表 示沿气隙圆周的圆弧长。
f () 4
fk
cos
1 3
4
fk
cos
3
1 5
4
fk cos 5 L
矩形波磁势的基波与谐波(分解)
f ( )
1 2 NKi
0
2
2
1 2
N
K
i
3
2
磁势基波与谐波的物理意义
是对磁场空间波形进行的谐波分析 基波与谐波物理意义同上一章转子磁场,但是
现在由电枢电流产生。图中基波2极,五次谐 波10极。注意2极基波与2极矩形波的异同
圆周展开动画
f ( )
2
0
2
2
3 定子内圆气隙磁动势分布
铁心磁压降忽略不计,则线圈磁动势消耗在两段气 隙上。每段气隙的磁势为线圈磁势的一半。(前页)
2
到
:f ( )
2
fK
1 2
NKi
2
到 3 :f ( )
2
fK
1 2
NKi
上述表达式磁势正负符号的规定:
磁力线出定子进气隙为正(N极为正)。