第七章交流绕组的磁势
(完整版)03--2磁动势
磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙。 由于气隙点不论离开线圈圈边A或X是远是近，磁势的大小 都是相等的，所以，此时在其隙的空间分布是一个矩形波。
纵坐标的正负表示极性。
铁心磁导率极大,相对于气隙而言，铁芯消耗的磁压降可以 忽略不计，就可认为磁压全部降落在气隙上。
若，励磁线圈电流为ic、匝数为Nc 。 则：fc= Ncic/2
本章研究的是交流绕组有交流电流流通后所建立的磁动 势。其特点是：
交流绕组是分布绕组，绕组上的电流又随时间变化，所 以，磁动势既是时间的函数，又是空间的函数。
二、研究交流绕组磁动势的步骤：
同研究电动势的步骤
单个线圈磁动势 线圈组磁动势 相绕组磁动势 三相绕组合成磁动势
三、方法： 1、简化次要因素的影响，假定： 绕组中的电流随时间按正弦规律变化，不考虑高次
⑴ 分析：q=3，α=20
把各矩形波逐点相加， 便得到线圈组的磁动势波， 它是一个阶梯波 。
分解每个矩形波，可得到各 自的基波分量和一系列高次 谐波分量。
图中曲线1，2，3分布代 表三个矩形磁动势波的三个基 波磁动势分量，它们振幅相等， 空间相差20° 电角度，把三 个正弦波曲线相加，得到线圈 组的磁动势基波如曲线4，
如果通过线圈的电流为正弦波，
ic 2Ic sin t 则，矩形波的高度也按正弦变化。
t 2k
2
ic 2Ic
t k
ic 0
t 2k
2
ic 2Ic
可见，通入电流的线 圈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。
——脉振磁动势。
磁势波的高度随时间按正 弦规律变化，但空间位置固 定不变（磁轴不变）。
短距角β＝α
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。
第七章 交流绕组的磁动势
第七章交流绕组的磁动势目录第一节概述 (1)第二节单相绕组的磁动势 (1)第三节对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁动势 (6)第四节不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁动势 (9)第五节三相绕组磁动势的空间谐波分量和时间谐波分量 (11)小结 (14)思考题 (14)习题 (15)第一节概述在第六章介绍旋转电机基本作用原理的基础时，电机类别不同则电机磁场的建立方式和特性也不同，气隙磁场对电机的机电能量转换和运行特性具有重要影响。
气隙磁场的建立是很复杂的，它可以由电流励磁产生，也可以由永磁体产生。
电流励磁也可以分直流励磁和交流励磁。
图6－1中的三相同步电机转子电流流过直流电建立空载磁场，当同步发电机接上负载后，定子绕组里就有了交流电流，它同样也会产生磁动势，这个磁动势必然会对转子磁动势产生影响。
在介绍异步电机作用原理时，当定子三相绕组通流入交流电，也会产生一个与同步电机气隙磁场类同的旋转磁场，这个磁场与交流电流的参数、绕组的构成之间的关系密切，这些内容将在本章内进行认真的分析。
根据由简入繁的原则，按下列层次逐项讨论：线圈、线圈组、单相绕组的磁动势；三相绕组的基波磁动势；三相电流不对称的基波磁动势以及磁动势空间谐波的分析等。
为了简化分析，本章对交流绕组磁动势分析时，作如下几点假定：（1）绕组的电流随时间按正弦规律变化，不考虑高次谐波电流；（2）槽内电流集中于槽中心处，齿槽的影响忽略不计，定转子间的气隙是均匀的，气隙磁阻是常数；（3）铁心不饱和，略去定转子铁芯的磁压降。
第二节单相绕组的磁动势一、线圈的磁动势图7－1（a）表示任一个整距线圈通以电流后的磁场分布情况，气隙磁场为一对磁极，由于是整距线圈，气隙的磁通密度均相同，按照全电流定律，在磁场中沿任一磁力线的磁位降等于该磁力线所包围的全部电流。
如线圈的匝数为，电流为，则作用在磁路上的磁势为。
由于铁心中磁压降不考虑，所以线圈的磁动势降落在两个均匀的气隙中，则气隙各处的磁压降均等于线圈磁动势的一半，即。
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。
第七章 交流绕组的磁动势
F m 2 F q k p 0 .9 2 qc N k p k d I c 0 .9 2 qc N k N I c
单相脉振磁势的幅值表达式
• 为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电 流I1，每相串联匝数N1等概念。
Iy
I1 a
Fp10.9(2qNy)Iykqky
对双层绕组：
2．振幅 合成磁势的振幅为每相脉动磁势振幅的3/2倍。
3．转速 角速度ω=2πf（电弧度/s）
n1=f/p（r/s）=60f/p (r/min)同步转速，基波转速。 4．幅值位置合成磁势的振幅的位置随时间而变化，出现在
ωt-x＝0处。当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波 幅刚好转到该线绕组的轴线上
5．旋转方向 由超前电流的相转向பைடு நூலகம்后电流的相
之间相差电角度
也相当于分布
sin q
kd1
q sin
2
2
•相当于单层绕组的分布情况
kp1 cos 2
分析：
• 双层绕组磁势的基波振幅：
F m 1 2 F q 1 k p 1 0 . 9 2 q c k p 1 k N d 1 I c 0 . 9 2 q c k N 1 N I c
脉动磁势分解成两个旋转磁势
脉动磁势波的节点和幅值的位置是固定不变的。
基波分量
F m 1 s t s i x n 1 2 i F m 1 c n t o x 1 2 F m 1 c s t o x s
• 在空间按正弦规律分布随时间按正弦规律变化的 脉动磁势可以分解为两个旋转磁势分量
改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变 相序）
问题：
1、若额定负载的星形旋转电机突然断了一相，电机会发生什么变化？
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
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三、脉振磁动势的分解
（1）单相绕组的磁动势是空间位置固定(在相绕组的轴线上)、 幅值随时间以电流的频率按正弦规律变化的脉振磁动势。 （2）单相绕组的脉振磁动势可分解为空间基波和一系列奇次谐 波。基波和各次谐波为沿气隙圆周方向按正弦波分布的脉振磁动 势。 （3）一个按正弦波分布的脉振磁动势，可分解为两个转速相等、 转向相பைடு நூலகம்的旋转磁动势，其幅值为原脉振磁动势最大幅值的一半。 当脉振磁动势达到正的最大值时, 两个旋转磁动势分量位于该相 绕组的轴线上 。
整距线圈产生的磁动势是一个在空间上按矩形 分布，幅值随时间以电流频率按正弦规律变化 的脉振波。 矩形磁动势波形可以分解成在空间按正弦分布 的基波和一系列奇次谐波
当交流绕组采用短距及分布绕组时，同样存在 磁动势的短距系数和磁动势的分布系数，它们 对基波磁势的影响较小，但可以使高次谐波磁 动势有很大的削弱。（分析方法与交流绕组电 动势的分析类似）因此采用短距绕组也可以改 善磁动势的波形。
复习： 复习： 1、交流绕组电动势的大小与什么因素有 、 关？ 2.交流绕组电动势波形非正弦的原因是什 交流绕组电动势波形非正弦的原因是什 么？如何改善？ 如何改善？
第七章交流绕组基波磁势
一、单相绕组的脉振磁动势
整距线圈的磁动势在空间中的分布为一矩形波， 其最大幅值为Nci/2。当线圈中的电流随时间 按正弦规律变化时，矩形波的幅值也随时间按 照正弦规律变化。 这个磁动势既和空间位置有关，又和时间有关。 我们把这种空间位置不变，而幅值随时间 空间位置不变， 变化的磁动势叫做脉振磁动势。 变化的磁动势叫做脉振磁动势
二、三相电枢绕组产生的基波合成磁动势
(1)对称的三相绕组内通有对称的三相电流时，三相绕 组基波合成磁动势是一个在空间按正弦分布、幅值恒 定的圆形旋转磁动势，其幅值为每相基波脉振磁动势 最大幅值的3/2倍， 60 f n1 = ( r / min) (2)合成磁动势的转速， 即同步转速 p (3)合成磁动势的转向取决于三相电流的相序及三相绕 组在空间的排列。即合成磁动势是从流过超前电流相 的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。 改变电流相序即可改变旋转磁动势的转向。 (4) 旋转磁动势的瞬时位置视相绕组电流大小而定， 当某相电流达到正的最大值时，合成磁动势的正幅值 就与该相绕组轴线重合。
小结： 小结 1、脉振磁势的产生条件及特点； 2、旋转磁势的产生条件及特点； 3、两种磁势的相互转换及联系。 作业——P110：3