第01章-电机的基本原理分解.ppt

-*- 为了能够得到其他形式的分布磁场和磁动势，可以增加线圈个数 并 按一定的规律 放置。例如：在上述线圈周围放置若干线圈，由此产生的磁动势如图1-14所示，其波形接近一个正弦波。在实际电机中就是通过这种办法来得到需要的磁场分布。 同理，可以在转子上设置一个线圈绕组以产生转子磁动势Fmr。 如果在定子和转子上按上述方法增设若干绕组，将使两极电机变为多极电机。此外，还可以将均匀气隙做成不均匀气隙。 第一章 电机的基本原理 -*- 由此可见，我们可以用一个简单的两极电机作为电机的物理模型，通过对电机模型的分析，学习和掌握电机的基本原理。为不失一般性，设原型电机如图1-15a所示，在定子和转子上各设置一组绕组，构成一个两极电机，各绕组线圈的分布使其产生的磁场按正弦分布。 第一章 电机的基本原理 -*- 为分析方便，特作如下假定： 1）忽略各绕组的漏磁和齿槽等影响； 2）忽略凸极影响，认为气隙均匀； 3）忽略高次谐波影响，认为气隙磁场沿电枢表面正弦分布； 4）忽略磁饱和以及其他非线性效应。 这样，可将图1-15a的原型电机用图1-15b所示的电机物理模型来表示，图中，定子绕组s产生的磁动势沿s轴方向，转子绕组r产生的磁动势沿r 轴方向，r 轴与s 轴相差? 角，转子以恒定的角速度 ? 旋转。因此，角位移? =?t。 第一章 电机的基本原理 -*- 二、感应电动势的产生 在图1-14的原型电机中，现假定在转子绕组中通以电流产生一个正弦分布磁场，同时转子在外力拖动下以恒定的角速度? 旋转，由于受转子磁场变化的影响，将在定子绕组中产生感应电动势。如图1-15所示，转子磁通 ? 在定子磁轴上感应的磁链为 第一章 电机的基本原理 根据电磁感应定律 -*- 再由? =? t，上式可写成 第一章 电机的基本原理 （1-35a） 上式表示了旋转电机电动势的通用计算公式，利用该公式可推导出具体电机的电动势，如同步电机、异步电机或直流电机。 如果保持励磁磁通恒定，则d?/dt = 0，这样，电机产生的感应电动势为 （1-35b） 上式可以用来计算恒定励磁电机的电动势，比如他励直流电动机。 -*- 三、电磁转矩的产生 有两种方法可以计算电磁转矩Te， 一种方法是从电路的角度，通过计算定子和转子的电感储能来求出；另一种方法是从磁场的角度，先由定子与转子的合成磁动势求出磁场储能，再计算出Te 。现采用第二种方法，在如图1-14所示的电机模型中，设定子绕组产生定子磁动势Fs，转子绕组产生转子磁动势Fr，合成磁动势为Fsr ，其矢量关系如图1-17所示。 第一章 电机的基本原理 -*- 由余弦定理可知合成矢量 Fsr 的大小为 第一章 电机的基本原理 现设定子与转子间的气隙均匀，宽度为g，由式（1-6），电机的气隙磁场强度的峰值Hpk为 现假定气隙磁场按正弦分布，由于正弦波均值的平方是其峰值平方的一半，则平均气隙磁场强度为 -*- 根据磁余能与气隙磁场的关系[2]，有 第一章 电机的基本原理 （1-36） 其中，? = ?0 ，H = Hav ，气隙的体积V = ?Dlg ，由此可计算出电机的磁余能为 （1-37） 再根据机电能量转换原理，可得两极电机的电磁转矩公式 （1-38） -*- 可把式（1-38）建立的两极电机转矩计算公式推广到多极电机，设电机有np个磁极，则其产生的电磁转矩为 第一章 电机的基本原理 （1-39） 再由图1-17的磁动势矢量关系，可得 将上面两式分别代入式（1-39），可得到分别由定子或转子计算电磁转矩的公式 （1-40） （1-41） -*- 上两式是在电机具有均匀气隙磁场的条件下推导出来的， 现将这个结果推广到一般电机。对于凸机电机， 其气隙磁场仅存在于电机磁极部分，设每个磁极的表面积为Sp，如果电机有2np个磁极，则在每个磁极下气隙的面积为 ，如果忽略电机的磁饱和， 并假定气隙磁场按正弦分布， 则每极下的平均磁通密度Bav为 第一章 电机的基本原理 （1-42） 由此，每极的合成磁通为 ?sr = BavSp ，即 （1-43） -*- 将上式代入式（1-41）就可得到电机电磁转矩计算的一般化公式 第一章 电机的基本原理 （1-44） 式中的负号表示电磁转矩的作用方向是