单相电枢绕组产生的磁通势
单相电机绕组的磁通势是分析所有交流电机,异步电机,同步电机,无刷电机,永磁同 步电机等等的最为基础的理论知识。
磁通势
磁通势,不要以为高大尚,虚无难捉摸,磁通势总是用电流匝来描述。磁通,磁通势,磁压降,磁阻可以用电流,电动势和电压,电阻的类似概念来理解。
交流电流流过交流绕组产生的磁通势,既是空间(绕组在定子中的位置)的函数,又是时间的函数。
整距线圈的磁通势
由于铁芯的永磁体的磁阻相对于气隙可忽略,所以可以把作用于某一磁回路上的线圈磁通势看成集中在气隙上。由于每条磁回路都要两次经过气隙,且电机磁路对称,可以把整距线圈的磁通势iWy分为两半,每一半磁通势作用于该磁回路经过的一个气隙上。如果约定电流方向入纸面为正,磁通势方向以定子到转子为正。以电机的轴线为空间电角度的0点,将电机从A处剪开展开(A导体所在位置是一个空间电角度周期的起终点,-π/2 到3*π/2),依据右手螺旋法则和约定正方向,则整个气隙在交流电流峰值时的磁通势可以用下面坐标表示
这里的展开方向是说看成西瓜,切开然后把西瓜皮拉直(展开),与假定的α正方向无任何关系,为了对应坐标轴的从左到右,展开后α也指定为从左到右。
直观上看就是AX导体的下半部分磁压降为正的0.5iWy,上半部分磁压降为-0.5iWy,所以可以认为,总磁通势一半降落在AX段气隙里,一半降落在XA段气隙里。
如果A,X导体的电流随正弦变化,则它们所产生的磁通势大小也随时间正弦变化。A,X组成一个整距线圈,可见整距线圈通以余弦电化的电流,产生的磁通势在气隙空间呈矩形波分布,距形波的幅值随时间在交变着,称为脉振波。磁通势波交变的频率与电流的频率一样,电流最大幅值为 i=sqrt(2)*I,磁通势的电大幅值为sqrt(2)*I*Wy
如果是二对极电机,如下所示。
这里空间电度角是展开为二个周期4π,但其规律不变,它仍可以用图6.18来表示,只是要注意一切都是空间电度角,只需画出一个电角度周期即可。
对图6.18的方法进行偶延拓,利用方波的傅立叶级数性质。将整矩线圈的每极磁通势,用傅立叶级数表示为
基波磁通势系数为:
可见谐波的幅值与谐波的次数成反比,谐波次数越高,该谐波磁通势的最大幅值越小。
什么是脉振波?
对于一维的波形,以位置角度α为自变量空间上按正弦规律变化,如果这个波形上的点不是标量,而是随时间做cosωt 变化的向量,则这个波称为脉振波。通间我们只需取这个波形上的向量的幅值来分析就可以,因为这此矢量按余弦分布,其有效值与最大值的关系是固定的。
各次磁通势的向量的幅值都随时间按电流的变化规律(cosωt)变化,所以时间上,各谐波都为脉振波.有的脉振波它能分解成两个方向相返的行波向量。这样就方便作图作分析
α是展开图的空间电度角方向ω是交流电的角频率,正向表示,行波沿着α正向运行。行波沿xx方向运行实际指的是行波向量的幅值沿x方向运行(以幅值点的运行特点来描述整个行波,实际上正弦波幅值与有效值是等比的)
用极坐标表示磁通势的方法!!这是基础分析工具
因此基波的磁通势可用下面的向量图来表示,可看到两个(旋转)形波向量的合成结果是一个脉振磁通势向量。角度不变,但幅值随所加电流ωt余弦变化。
所谓行波的旋转方向都是以+α为参考的。为了与极坐标正向统一以逆时针为正,顺时针为反。而向量上加的电角频率ω标号是标量。
多对极双层短距均匀分布
再回到实际电机绕组情形---多对极双层短路均匀分布。上面的分析方法仍然适用,唯一不同的就是等效的每相绕组串联匝数W(p 极对数,q每极均匀分布线圈数,a并联支路数,ky短距系数,kq分布系数,2双层导体,kw=ky*kq基波绕组系数)
(W*Kw可认为是整体等效绕组匝数)
与计算绕组的谐波电动势类似,由于高次谐波中的kq分布系数和短距系数ky都将变得很小。因此高次谐波可以忽略。参见短距均匀分布绕组线圈对高次谐波的抑制。
所以只需记住基波磁通势部分即可,基波磁通势是
单相绕组的轴线:时间电角度为零时,在空间电角度=0的地方,基波磁通势最大正幅值所在,这个地方称为单相绕组的轴线。
当cosωt =0,π/6,π/3,π/2 时,分别对应的 α点/磁通势函数 ,ωt是电的时间点,而α是电机剖面展开的位置点。脉振波就是同时关于电频率时间点和物理电角度的波形,α是物理电度角位置,ωt是所加交流电电角度,两个变量的正弦波称为行波。以某一时刻t为例,以电角度为横坐标得到的磁通势图如上所示。
附,什么是行波
哪什么是行波?行波:就是波从波源向外传播,以波峰体来体现波的空间角度的话,从时间轴上看就是一个波的波峰沿着空间角度从波源向外传播。最简单的扔一块石头到平静的湖面产生的波纹就是行波,不过这个行波的波峰是会衰减的。
对于上式,α=ωt 就是对应时间t时波峰的空间角度位置,ωt是所加交流电电角度(会行走的波?--随着时间的推移,磁通势波在移动着),行波可用行波向量来表示
注意单相绕组产生的基波磁通势可分解成两个行波,但基波磁通势本身并不是行波。
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