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三相繞組旋轉磁動勢的基波

發(fā)布時間:2024-05-08
當對稱的三相繞組通以對稱的三相交流電流時,其合成磁動勢基波是一幅值恒定的圓形旋轉磁動勢,原則上m相對稱繞組通以m相對稱交流電流,其合成磁動勢基波也是一圓形旋轉磁動勢,由于現(xiàn)代電力系統(tǒng)都是三相制,所以同步電機和感應電機通常也是三相的,因此,分析三相繞組的磁動勢是研究交流電機的基礎。本節(jié)分析三相繞組合成磁動勢的基波, 下一節(jié)再分析合成磁動勢的高次諧波。 三相繞組是對稱的,即三相繞組在空間上彼此相差電角度,所通的三相電流也是對稱的,即在時間相位上也彼此相差,若把空間坐標(電角度)的原點取在a相繞組的軸線上,相應b、c相繞組的軸線在、處,并把a相繞組電流為零的瞬間作為時間t的起點,則a、b、c三相繞組各自產(chǎn)生的脈振磁動勢基波的表達式為:
(1)
式中是每相脈振磁動勢基波的振幅。利用三角變換公式:
將上式改寫成:
?。?)
將式(2)中的三式相加。由于等式右邊后三項表示的三個正弦波在空間相位上互差,有,故后三項相加結果為零,于是三相繞組合成磁動勢的基波為
(3)
式中是三相合磁動勢基波的幅值
?。?)
從式(3)可見,三相合成磁動勢基波上一個波幅恒不變的旋轉波??梢赃x擇幾個特定的時刻來考察三相合成磁動勢基波遷移情況。
1)
2)
3)
4)
5)
6)
從1)~6)四個特定的時刻可以看出,磁動勢沿空間的分布為正弦分布,其幅值不變,而幅值的位置由的推移到、、、、(如圖1的曲線1~6),也就是說,隨著時間的推移,整個正弦波沿軸正方向移動,即三相合成磁動勢基波是一圓形的旋轉磁動勢波,其旋轉的方向為軸的正方向,即由a相的軸線轉向b、c相的軸線。
圖1 三相合成磁動勢基波的推移
再來考察一下磁動勢的轉速,電流的角頻率為,三相合成磁動勢基波的推移的速度為(單位為rad/s),合成磁動勢基波旋轉一周所轉過的電角度為,合成磁動勢基波旋轉一周的時間
(5)
磁動勢的轉速(單位:轉/分)為:
?。?)
轉速稱為同步轉速。
從式(3)可以看出,當某相電流達最大值時,三相合成磁動勢基波的幅值位置就在該相繞組的軸線上。例如,時,a相電流達最大值,這時三相合成磁動勢,其幅值位置在處,即a相繞組的軸線;時,b相電流達最大值,這時三相合成磁動勢,其幅值位置在處,即b相繞組的軸線。同樣,當c相電流達最大值時,三相合成磁動勢的波幅位于c相繞組的軸線上。
上述分析表明,當對稱的三相繞組通過頻率為f的對稱三相電流時,三相合成磁動勢的基波沿空間按正弦規(guī)律分布,以同步轉速旋轉。當電流的相序為 abca時,則合成磁動勢的波幅先和a相繞組的軸線重合,再依次和b相、c相繞組的軸線重合,可見合成磁動勢波是沿著a相軸b相軸c相軸的方向旋轉,即從電流超前的相繞組軸線轉向電流滯后的相繞組軸線。
如果改變電流的相序,即變?yōu)閍cba相序時,則合成磁動勢的波幅將先與a相繞組軸線重合,然后與c相繞組軸線重合,再與b相繞組軸線重合,繼續(xù)下去又與a相繞組軸線重合,此時合成磁動勢的旋轉方向改變了。從原來的沿a相軸b相軸c相軸方向改為沿a相軸c相軸b相軸了。所以,要改變交流電機定子旋轉磁場的轉向,只要改變電流的相序,即把從電網(wǎng)接到電機的三根饋電線中任意對調(diào)就可以了。
以上分析結果也可用圖解法進一步說明。
圖2是三相基波臺成磁動勢的圖解求法:圖2六個圖表示五個不同瞬間的三相電流相量,三相電流相量在叢軸的投影表示該相電流的瞬時值。右側六個圖表示相應瞬間的三相磁動勢波形及合成磁動勢的波形。
從圖2b可見,當a相電流達正的最大值時(),a相脈振磁動勢基波的幅值達到最大值,b、c相則等于。把三個脈振磁動勢基波逐點相加,可得三相合成磁動勢基波,如圖中粗線所示。隨著時間的推移,合成磁動勢的波幅從a相繞組軸線向b相繞組線移動(圖2c)。當b相電流達正的最大值時(),合成磁動勢的波幅便移到b相繞組的軸線上(圖2d)。依此類推,當c相電流達正的最大值時(),合成磁動勢的波幅便移到c相繞組的軸線上(圖2f)。這樣,當電流的相序為abca是,合成磁動勢的波幅便沿著a相軸b相軸c相軸的方向旋轉。在整個波形推移過程中,合成磁動勢的幅值始終保持不變。因此三相合成都市磁動勢基波是一個恒幅的旋轉波,我們稱此磁動勢為圓形旋轉磁動勢。
圖2 三相合成磁動勢基波的圖解分析法
總結一下,三相合成磁動勢基波具有以下性質(zhì):
1.對稱的三相繞組內(nèi)通以對稱的三相電流時,三相結合成磁動勢的基波是一個正弦分布、波幅恒定的旋轉磁動勢波,其波幅為每相脈振磁動勢振幅的3/2倍,即
進一步推廣,若在對稱的m相繞組內(nèi)通以對稱的m相電流,則合成磁動勢基波也為圓形旋轉磁動勢,其幅值為每相脈振勢基波幅的m/2倍,即
例如,兩相對稱繞組通以兩相對稱電流,設b相繞組的在空間上滯后a相繞組電角度,b相電流滯后a相電角度,則有
其合成磁動勢基波為
對比式(4.62)可知,其合成磁動勢基波為一圓形旋轉磁動勢。
2.合成磁動勢波的轉速,即同步轉速為
3.當某相電流達量大值時,合成磁動勢波的波幅就與該相繞組的軸線重合。
4.合成磁動勢基波的轉向取決于三相電流的相序和三相繞組在空間上的排列。合成磁動勢波從電流超前的相繞組軸線轉向電流滯后的相繞組軸線;改變?nèi)嚯娏鞯南嘈蚓涂梢愿臑樾D磁動勢的轉向。
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