电机学课堂进义第二部分交流电机共性问题6h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 第三讲正弦波磁势与磁场的产生 重点：对称三相系统的磁势，磁场 难点：短距、分布绕组系数 问题：什么是三相对称系统？一个线圈产生的磁势波形具有什么特点？一相绕组产生的磁势波形具 有什么特点？一套对称绕组产生磁势的波形有什么特点？磁势与磁场有什么关系？如何确定绕组的 电感参数？ 三相对称系统是指幅值和频率相同、相位相差120°的电气系统，即电压、电流和电势都是三相对称 的。如何实现三相对称呢？三相对称绕组是空间对称（互差120°电角度）的，即空间与时间对称。 磁场的一对极对应的空间角度是360电角度，而实际空间角度称为机械角度，即空间一周的机械角 度为360°，而电角度为磁场极对数乘以360°。在正弦波磁场作用下，就能感应出三相对称电势，从而 在三相对称负载上输出三相对称电压和电流。问题的关键是如何产生正弦波磁场？ 对于用电源驱动的三相对称绕组系统，施加三相对称电源电压能产生如下一系列电磁效应： 电压一电流一磁势一磁场强度（磁感应强度）一磁通量（磁链 感应电势一电压 1、三相对称系统的简化表示 时间参考轴简称为时轴，它是正弦量用相量表示时的时闻参考轴。三相对 称系统通常采用一个时轴三个相量表示，如图1所示。当时轴以同步角速 IA 度旋转时，三相相量相对于时轴静止，相位角为初始相位角。当时轴静止 →时轴 时，三相相量相对于时轴以同步角速度旋转，相位角为实际相位角。 另一个重要的轴线是相轴。它是指每相绕组电流产生的磁势基波正幅值所 在位置。图2表示三个集中绕组(AX,BY,CZ)表示的三相系统，他们 IB 的空间轴线相差120°电角，按照逆时针为正方向，因此相轴的排列顺序与 时间相量或矢量的顺序正好相反。也就是空间相序由A到B再到C逆时针 图1时轴与电流矢量 排列，对应时间相序ABC(A超前B而B超前C)。 B相 时轴与某相轴重合时，该相电流相量的复角为电流相位：当时轴相对于 相轴X 相轴以同步角速度逆时针旋转时，电流相量相对于时轴是静止的相量， 复角为电流初始相位角。 子 在电路中三相对称系统常采用一个同步旋转的时轴表示三相相量，称为 A相 单时轴多相量表示法：然而，在电机学中，多相对称系统往往采用多相 相轴 时轴单个相量时空矢量)的多时轴单矢量表示法：如三相系统的三个 Y 相轴空间互差120°电角度，正相序通常按照逆时针排列(ABC),三个 C相 时轴的初始时刻与各自的相轴重合，并以同步速按照电流（电压）相序 相轴 方向旋转，这样各相的时间相量就重合在一起，因此可以用一个时空矢 图2相轴与电流矢量 量表示，即一个空间旋转的时间相量称为时空矢量。旋转角速度取决于 时间角频率。 2、正弦波磁势的产生方法 根据电磁场理论，波动的场源能产生电磁波。而磁场的场源是电流，因此正弦波电流有可能得到期 望的正弦波磁场。假设沿y轴方向但沿x轴方向传播的磁场强度是H=aH,cos(w-kx),忽略位移电机学课堂讲义 第二部分 交流电机共性问题 6h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 1 第三讲 正弦波磁势与磁场的产生 重点：对称三相系统的磁势，磁场 难点：短距、分布绕组系数 问题：什么是三相对称系统？一个线圈产生的磁势波形具有什么特点？一相绕组产生的磁势波形具 有什么特点？一套对称绕组产生磁势的波形有什么特点？磁势与磁场有什么关系？如何确定绕组的 电感参数？ 三相对称系统是指幅值和频率相同、相位相差1200 的电气系统，即电压、电流和电势都是三相对称 的。如何实现三相对称呢？三相对称绕组是空间对称（互差1200 电角度）的，即空间与时间对称。 磁场的一对极对应的空间角度是3600 电角度，而实际空间角度称为机械角度，即空间一周的机械角 度为3600 ，而电角度为磁场极对数乘以3600 。在正弦波磁场作用下，就能感应出三相对称电势，从而 在三相对称负载上输出三相对称电压和电流。问题的关键是如何产生正弦波磁场？ 对于用电源驱动的三相对称绕组系统，施加三相对称电源电压能产生如下一系列电磁效应： 电压—电流—磁势—磁场强度（磁感应强度）—磁通量（磁链）—感应电势—电压 1、三相对称系统的简化表示 时间参考轴简称为时轴，它是正弦量用相量表示时的时间参考轴。三相对 称系统通常采用一个时轴三个相量表示，如图1所示。当时轴以同步角速 度旋转时，三相相量相对于时轴静止，相位角为初始相位角。当时轴静止 时，三相相量相对于时轴以同步角速度旋转，相位角为实际相位角。 另一个重要的轴线是相轴。它是指每相绕组电流产生的磁势基波正幅值所 在位置。图2表示三个集中绕组（AX，BY，CZ）表示的三相系统，他们 的空间轴线相差1200 电角，按照逆时针为正方向，因此相轴的排列顺序与 时间相量或矢量的顺序正好相反。也就是空间相序由A到B再到C逆时针 排列，对应时间相序ABC（A超前B而B超前C）。 时轴与某相轴重合时，该相电流相量的复角为电流相位；当时轴相对于 相轴以同步角速度逆时针旋转时，电流相量相对于时轴是静止的相量， 复角为电流初始相位角。 在电路中三相对称系统常采用一个同步旋转的时轴表示三相相量，称为 单时轴多相量表示法；然而，在电机学中，多相对称系统往往采用多相 时轴单个相量（时空矢量）的多时轴单矢量表示法；如三相系统的三个 相轴空间互差1200 电角度，正相序通常按照逆时针排列（ABC），三个 时轴的初始时刻与各自的相轴重合，并以同步速按照电流（电压）相序 方向旋转，这样各相的时间相量就重合在一起，因此可以用一个时空矢 量表示，即一个空间旋转的时间相量称为时空矢量。旋转角速度取决于 时间角频率。 2、正弦波磁势的产生方法 根据电磁场理论，波动的场源能产生电磁波。而磁场的场源是电流，因此正弦波电流有可能得到期 望的正弦波磁场。假设沿y轴方向但沿x轴方向传播的磁场强度是 ! H = ayHm cos("t # kx)，忽略位移 IC IB IA 时轴 图1 时轴与电流矢量 图2 相轴与电流矢量 B A Y A相 相轴 X Z C B相 相轴 C相 相轴