三相绕组的旋转磁动势讲解

1.三相旋转磁动势

以两极三相交流电机为例，在电机的定子铁芯中，放置三相对称绕组U1—U2、V1—V2、W1—W2。规定绕组轴线的正方向符合右手螺旋定则，即指从每相的首端进，尾端出，大拇指所指的方向代表绕组轴线正方向。如图2.18（e）～（h）所示的、、。在三相对称绕组中通入三相对称电流，其表达式如下

三相电流的波形如图2.18所示。假设电流的瞬时值为正时，从绕组的首端流入，尾端流出。电流流入端用符号⊗表示，流出端用符号⊙表示。

根据一相绕组产生的脉振磁动势的大小与电流成正比，其方向可用右手螺旋定则确定，其幅值位置均在该相绕组的轴线上的规律，选取几个特别的瞬时观察，进而分析出三相对称绕组流过三相对称电流所产生的磁动势的特点。

选择ωt=0°，ωt=120°，ωt=240°，ωt=360°等几个特定的时刻分析。

首先分析ωt=0°时，此时iU=Im，U相电流从U1流入，以“×”表示，从U2流出，以“⊙”表示，，电流分别从V1及W1流出，以“⊙”表示，而从V2及W2流入，以“⊗”表示。根据右手螺旋定则可知，三相绕组中电流产生的合成磁场的方向是从上向下，如图2.18（a）所示。

用同样的方法可以画出ωt=120°，ωt=240°，ωt=360°时的电流及三相合成磁场的方向，分别如图2.18（b）、（c）、（d）所示。

我们还可以用每相脉振磁动势FU、FV、FW三相量叠加的方法，分析上述四个特定时刻的三相合成磁动势F的性质、大小和位置。我们知道当单相交流电通入单相绕组时会产生磁动势，当仅考虑基波，此磁动势在空间是余弦分布，它幅值将与电流的瞬时值成正比，即随时间按余弦规律变化，磁动势的轴线位置始终在该相绕组的轴线上。当三相对称绕组通入三相对称电流时，三个单相绕组产生的在各自绕组轴线上的脉振的磁动势FU、FV、FW，合成后就得到三相绕组的合成磁动势F。此时合成磁动势与脉振的磁动势相比，不仅大小发生变化，性质也发生变化。以ωt=0°时为例，如图2.18（e）所示，因为每相脉振磁动势的大小和该相电流的瞬时值成正比，所以此时U相电流为最大，瞬时U相磁动势幅值FU=Fm，也是最大，且为正值，FU在U相的轴线上，与该相轴正方向一致；而，则，FV、FW分别在V、W相的相轴上，与该相轴的正方向相反。可见三相合成后磁动势的幅值为，位置在U相的轴线上，与该轴正方向一致。用同样的方法可以画出ωt=120°，ωt=240°，ωt=360°时的三相合成磁动势F的大小、位置和方向，分别如图2.18（f）～（h）所示。

图2.18　两极旋转磁场示意图

通过比较这四个时刻，可以看出三相基波合成磁场在空间是余弦分布，其轴线在空间是旋转的，其幅值等于Fm恒定不变，旋转磁场矢量顶点的轨迹为一圆，所以称为圆形旋转磁场。

另外如果将三相定子绕组排列成每个线圈在空间跨过1/4，如图2.19所示。当通以对称电流时，用同样的方法可以画出四个特定瞬间的电流分布和合成磁场图，可见这是一个四极旋转磁场。

图2.19　四极旋转磁场示意图

（a）ωτ=0°；（b）ωτ=120°；（c）ωτ=240°；（d）ωτ=360°

2.旋转磁动势的转向

由图2.18可知，三相绕组中流过交流电流的相序是正序U-V-W，旋转磁动势的转向也是U-V-W，即从U相绕组的轴线转向V相绕组的轴线，再转向W相绕组的轴线。若任意对调两相绕组所接电源的相序。则三相绕组中流过交流电的相序是负序U-WV，用上面同样的分析方法可知，旋转磁动势的转向会反转，转向为U-W-V。

由此可得出结论，旋转磁动势的转向与通入三相绕组中的电流相序有关，总是从载有超前电流相绕组的轴线转向载有滞后电流相绕组的轴线。

3.旋转磁动势的转速

旋转磁动势的转速与电源的频率和定子绕组的极对数有关。当电机为一对磁极时，电流变化一个周期，旋转磁动势旋转360°空间电角度，对应的机械角度也是一周为360°。因此，当电机为p对磁极时，电流变化一个周期，旋转磁动势也是旋转360°空间电角度，而对应机械角度为360°/p，即旋转了1/p周。(www.xing528.com)

若电源的频率为f，每分钟变化60f次，则旋转磁场磁动势每分钟转速为

式（2.27）说明，旋转磁动势转速与电机的极对数成反比，和电源的频率成正比。

4.旋转磁动势的幅值

由磁动势相量图分析法可证明旋转磁动势的幅值是单相脉振磁动势最大幅值的倍，即

综合以上分析，我们可以得到以下结论：单相磁势是一个脉振磁势，其基波的幅值在相绕组轴线处、且固定不变。最大幅值为安/极。脉振频率为绕组中电流的频率。

脉振磁势可以分解为两个幅值是原来幅值一半的旋转磁势。该两个旋转磁势旋转方向相反，旋转速度相同。

当三相对称绕组流过三相对称电流时，其合成磁势的基波是一个幅值不变的旋转磁势，该磁势具有下述特点：

（1）旋转方向与电流相序有关。始终从超前电流相转向滞后电流相。

（2）当某相电流达最大值时，合成磁势轴线正好转到该相绕组的轴上。

（3）幅值等于单相脉振磁势基波最大幅值的3/2倍。

（4）旋转速度。

小　结

单相交流绕组流过交流电产生脉振磁动势，其基波的幅值在相绕组轴线处，且固定不变。脉振磁动势可以分解成两个转速相同、幅值相同、转向相反的旋转磁动势。

当三相对称绕组流过三相对称电流时，其合成磁动势的基波是一个幅值恒定的圆形旋转磁动势，该磁动势具有下述特点：旋转速度；旋转方向与电流相序有关，始终从超前电流相转向滞后电流相；幅值等于单相脉振磁动势基波最大幅值的3/2倍；当某相电流达最大值时，合成磁动势轴线正好转到该相绕组的轴线上。

习　题

（1）单相绕组的磁动势性质是什么？

（2）三相绕组的合成磁动势性质是什么？

（3）交流电机单相磁动势的幅值大小、幅值位置、脉动频率各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？

（4）交流电机三相合成基波圆形旋转磁动势的幅值大小、幅值空间位置、转向和转速各与哪些因素有关？这些因素中哪些是由构造决定的，哪些是由运行条件决定的？