风力发电机：三相绕组的旋转磁动势

交流电机大多数为三相电机，以上分析了单相绕组的磁动势，三个单相绕组所产生的磁动势波逐点相加，就可得到三相绕组的合成磁动势。

图2-16　一台两极三相交流电机的定子

2.3.3.1　三相绕组的基波合成磁动势

图2-16为一台两极三相交流电机的定子示意图。其中各相绕组的轴线互差120°，即B相轴线滞后于A相轴线120°，C相轴线又滞后于B相轴线120°。由于三相绕组在空间互差120°电角度，所以三相基波磁动势在空间亦互差120°电角度。

若三相绕组中通过对称正序电流，即

以A相绕组的轴线处作为空间坐标的原点，并以A→B→C相绕组的方向作为空间角度x（以电角度计算）的正方向。在某一瞬间t，距离A相绕组轴线x处，各相的基波磁动势分别为

应用三角公式，分解式（2-44）得到

三相合成基波磁动势为上述三式求和，得到

其中F1为三相合成基波磁动势幅值

分析式（2-46）可以看出，当ωt=0时，，按照选定的坐标轴，可画出f1（x，0）的曲线。当经过一定时间，ωt=θ0时，f1（x，θ0）=，可画出f1（x，θ0）的曲线，如图2-17（a）所示。将这两个瞬时的磁动势波进行比较，可见磁动势的幅值未变，但f1（x，θ0）比f1（x，0）向前推进了θ0。所以f1（x，t）是一个幅值恒定、正弦分布的行波。由于f1（x，t）表示定子的三相绕组基波合成磁动势沿气隙圆周空间分布的情况，所以它是一个沿气隙圆周旋转的旋转磁动势，如图2-17（b）所示。

图2-17　一台两极三相交流电机的定子

通过以上分析可以得出结论，当三相对称绕组通入三相对称电流时，其合成磁动势为一圆形旋转磁动势。该旋转磁动势具有如下特性：

（1）基波旋转磁动势的极数与绕组的极数相同。

（2）幅值为每相脉振磁动势波振幅的3/2倍。推广到m相绕组，合成基波磁动势仍为旋转磁动势波，其幅值为每相脉振磁动势波最大幅值的m/2倍，即

（3）当某相电流达到最大值时，合成磁动势波的幅值正好处在该相绕组轴线上。

（4）同步转速取决于电流的频率和磁极对数，n1=60f/p。电流在时间上经过多少电角度，合成基波磁动势就在空间上转过同样的角度。

（5）转向与电流的相序有关，从超前电流的相绕组轴线转向滞后电流的相绕组轴线。

电机中不同位置的磁动势不能相互叠加（如四极电机，每个磁极的磁动势均为100安匝，但不可以说电机总磁动势是400安匝）；但不同电流在同一位置产生的磁动势是可以叠加的（如上面三相电流在电机中相同的位置产生的磁动势是可以叠加的，而且是矢量叠加）。

【例2-4】　一台三相异步电动机，定子采用双层短距叠绕组，Y连接，定子槽数Z=48，极数2p=4，线圈匝数Nc=22，节距y=10，每相并联支路数a=4，定子绕组相电流I=37A，f=50Hz，试求：

（1）A相绕组所产生的磁动势基波幅值。

（2）三相绕组所产生的合成磁动势基波幅值及其转速。

【解】(www.xing528.com)

每极每相槽数为

槽距角为

每相绕组串联匝数为

绕组因数为

（1）A相绕组所产生的磁动势基波幅值为

（2）三相绕组所产生的合成磁动势基波幅值为

转速为

2.3.3.2　三相合成磁动势中的高次谐波

把A、B、C三相绕组所产生的ν次谐波磁动势相加，可得三相的ν次谐波合成磁动势fν（x，t）为

经过运算可知：

（1）当ν=3k（k=1，3，5，…），亦即ν=3，9，15，…时

这说明对称三相绕组的磁动势中不存在3次及3的倍数次谐波合成磁动势。

（2）当ν=6k+1（k=1，3，5，…），亦即ν=7，13，19，…时

此时合成磁动势是一个正向旋转、转速为n1/ν，幅值为的旋转磁动势。

（3）当ν=6k-1（k=1，3，5，…），亦即ν=5，11，17，…时

此时合成磁动势是一个反向旋转、转速为n1/ν，幅值为的旋转磁动势。

在同步电机中，谐波磁动势所产生的磁场将在转子表面产生涡流损耗，引起电机发热，并使电机的效率降低。在感应电机中，谐波磁场还会产生一定的寄生转矩，影响电机的启动性能，有时造成电机根本不能启动或达不到正常转速。因此，必须设法抑制谐波磁动势。为此，线圈的节距最好选择在0.8～0.83这一范围内。