电机与拖动基础 第2版 教学课件 作者 汤天浩 第06章－交流电机的旋转磁场理论.ppt

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1、-1-第六章交流电机的旋转磁场理论电机与拖动基础（第2版）第一节电枢绕组的磁动势第二节旋转磁场的形成和特点第三节交流电机的主磁通和漏磁通-2-引言交流电机包括异步电机和同步电机两大类，虽然这两类电机的运行性能有很大不同，但它们在定子电枢绕组结构及旋转磁场基本理论方面有着许多共同的地方，所以在分别介绍异步电机和同步电机原理之前，先就三相交流电机的共性问题进行分析。第六章交流电机的旋转磁场理论-3-第一节电枢绕组的磁动势第六章交流电机的旋转磁场理论一、交流电机的电枢绕组交流电机的定子是由硅钢片叠压而成的，在定子铁心内圆周上冲有若干定子槽，三相电

2、枢绕组嵌放在定子槽中。三相电枢绕组是对称分布的，它们匝数相等，在空间互差120电角度。-4-二、单相电枢绕组的磁动势这里以整距集中绕组为例来说明单相电枢绕组磁动势的性质。如图6-2a所示是一台两极电机的示意图，定子及转子铁心是同心的圆柱体，定、转子间的气隙是均匀的。在定子上画出一相的整距集中绕组，当线圈中通过电流时，便产生了一个两极磁场。按照右手螺旋定则，磁场的方向如图中箭头所示。显然，磁场的强弱取决于定子线圈的匝数N和线圈中电流i的乘积Ni，即磁动势FA，其单位是安匝。第六章交流电机的旋转磁场理论-5-由第一章所述的电磁感应原理，可以认

3、为磁动势FA全部消耗在两段气隙上，即任一磁力线在每段气隙上所消耗的磁动势都是。把图6-2a展开后便得到图6-2b所示的磁动势分布，这是一个矩形波，其高度为第六章交流电机的旋转磁场理论假如线圈中的电流i是稳恒电流，其数值和方向恒定不变，那么矩形波磁动势的高度也将恒定不变。而实际上交流电机电枢绕组中流过的是交变电流，其电流的大小和方向都是随时间而变化的，因此矩形波磁动势的高度也将随时间而变化。设线圈电流为（6-1）（6-2）其中，矩形波磁动势的幅值，I为线圈电流有效值。-6-上式说明，任何瞬间单相电枢绕组的磁动势在空间以矩形波分布，矩形波的高度

4、随时间按正弦规律变化。这种在空间位置固定，而大小随时间变化的磁动势称为脉振磁动势。对图6-2b所示的矩形波磁动势进行傅立叶分析，可以得到相应的基波分量第六章交流电机的旋转磁场理论（6-3）其中，x表示定子内表面的圆周距离，极距τ表示相邻极间的圆周距离。上式可进一步写为（6-4）其中，磁动势基波分量的幅值。-7-三、三相电枢绕组的磁动势通过合理布置定子槽中的三相电枢绕组，可以有效减小气隙中的磁动势谐波。认为每相电枢绕组产生的磁动势在空间是正弦分布的，并且三相磁动势在空间互差120电角度，那么根据式（6-4），三相电枢绕组的磁动势可分别写成第

5、六章交流电机的旋转磁场理论（6-5）式中，Fm1是每相磁动势基波分量的幅值，其精确的计算需要考虑绕组分布及短距等因素。-8-第二节旋转磁场的形成和特点一、三相电枢绕组的合成磁动势根据三角函数的积化和差公式，式（6-5）可以写为第六章交流电机的旋转磁场理论（6-6）将上式中三相定子绕组磁动势相加，得到合成磁动势（6-7）其中，合成磁动势的幅值。-9-图6-3说明是一个幅值恒定、正弦分布的行波。由于又表示三相电枢绕组基波合成磁动势沿气隙圆周的空间分布，所以它是一个沿气隙圆周旋转的行波，其相对于定子的速度是第六章交流电机的旋转磁场理论（6-8）称

6、为同步速度，相应的波长为（6-9）-10-根据对式（6-7）的分析，从式（6-6）可以看出，定子A、B、C三相绕组的磁动势均可以分解为两个大小相等、转向相反的旋转磁动势。正向旋转的磁动势相位相同，其合成磁动势的幅值是每相正转磁动势幅值的3倍，而反向旋转的磁动势相位互差120，其合成磁动势为零。一个三相对称绕组通入三相对称电流时，所产生的一定是个圆形的旋转磁场。这个概念不仅可以用上面的数学手段来证明，还可以进一步用图6-4来解释。图中假定：正值电流从绕组的首端流入而从尾端留出，负值电流从绕组的尾端流入而从首端流出。设三相电流为第六章交流电机

7、的旋转磁场理论（6-10）-11-由图可见三相电枢绕组的合成磁动势是一个旋转行波。第六章交流电机的旋转磁场理论-12-二、旋转磁场的基本特点1）三相对称绕组通入三相对称电流所产生的三相基波合成磁动势是一个旋转行波，合成磁动势的幅值是单相电枢绕组脉振磁动势幅值的3/2倍。同理可以证明，对于m相对称绕组通入m相对称电流，所产生的基波合成磁动势也是一个旋转行波，其幅值为每相脉振幅值的m/2倍。2）根据旋转磁场的行波性质以及式（6-7），可以知道旋转磁场的电角速度为第六章交流电机的旋转磁场理论（6-11）ω1的单位为rad/s，f1为电源频率。设电

8、机极对数为np，则旋转磁场的机械转速为（6-12）n1的单位为r/min。上式表明，旋转磁场的转速n1仅与电源频率f1和电机极对数np有关，称为同步转速。-13-3）从图6-4可