對稱的三相繞組的通以對稱的三相電流時,三相合成磁動勢基波的為幅值恒定,幅值位置隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁動勢,幅值的軌跡為一圓形,此磁動勢稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。假如對稱的三相繞組所流過的電流不是三相對稱,例如三相定子繞組有一相斷線,如圖1,其合成磁動勢又是什么樣性質(zhì)的磁動勢?
a) y連接三相繞組c相斷線 b)△連接三相繞組△內(nèi)部某相斷線
圖1 三相繞組一相斷線情形
先來分析y連接三相繞組c相斷線的情形。設(shè)a相電流的初相位角為,則b相電流的初相位角為,a、b相電流可以表示為:
(1)
a、b相繞組產(chǎn)生的磁動勢基波為:
(2)
合成磁動勢基波:
(3)
和式相比,上式和所表示的磁動勢實為一脈振磁動勢,其幅值的位置在處。事實上,a、b兩相繞組電流相位剛好反相,視為所通電流沒有時間相位差,不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。進(jìn)一步推廣,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢的條件是:繞組有空間相位差,所通的電流有時間相位差。
若三相繞組連接,設(shè)△內(nèi)部c相斷線,a、b相電流可以表示為:
(4)
a、b相繞組產(chǎn)生的磁動勢基波為:
?。?)
合成磁動勢基波:
(6)
上式表明,合成磁動勢基波相當(dāng)于兩個旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)速相等的磁動勢的疊加:正向旋轉(zhuǎn)磁動勢和反向旋轉(zhuǎn)磁動勢,而且它們的幅值大小不相等。
事實上,單相繞組產(chǎn)生的脈振磁動勢可以表示為:
(7)
即脈振磁動勢可以分解為兩個旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)速相等且幅值相等的旋轉(zhuǎn)磁動勢,或者說,兩個旋轉(zhuǎn)方向相反、轉(zhuǎn)速相等且幅值相等的旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成為一脈振磁動勢。但現(xiàn)在兩個磁動勢幅值大小不等,合成磁動勢又是什么性質(zhì)的磁動勢?
為便于說明問題,用空間矢量表示正向、反向旋轉(zhuǎn)磁動勢及合成磁動勢(如圖2所示)。取兩矢量同相時的方向作為x軸正方向,并以這一瞬間作為時間的起點()。當(dāng)經(jīng)過任何一段時間之后,正向旋轉(zhuǎn)磁動勢和沿相反方向旋轉(zhuǎn)時,合成磁動勢的大小和位置也隨之變化。設(shè)的橫軸分量為x,縱軸分量為y,則
(8)
將上式改寫后可得x,y的關(guān)系:
(9)
其中,。
這是一個橢圓方程,表明合成磁動勢矢量旋轉(zhuǎn)一圈時,矢量端點的軌跡是一個橢圓,故把這種磁動勢稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢(如圖3所示)。上式也表明,當(dāng)時,,即磁動勢幅值位置始終處在x軸上,合成磁動勢為一脈振磁動勢;當(dāng)(或)時,,即磁動勢幅值軌跡為圓形,合成磁動勢為圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。
圖2 轉(zhuǎn)向相反的兩旋轉(zhuǎn)磁動勢的合成
圖3 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢
從圖2可知合成磁動勢的幅值為
?。?0)
式(10)表明合成磁動勢的幅值是隨時間變化的。設(shè)合成旋轉(zhuǎn)磁動勢f與x軸的夾角為,則有
(11)
矢量的旋轉(zhuǎn)角速度為
(12)
這表明,角速度不是常數(shù),在橢圓的長軸附近(即f最大處)角速度低些,而在短軸附近(即f最小處)角速度大些。合成磁動勢的旋轉(zhuǎn)方向則視正向旋轉(zhuǎn)磁動勢和反向旋轉(zhuǎn)磁動勢哪一個強(qiáng)而定。
對三相交流電機(jī)而言,三相繞組是對稱的(三相繞組在空間上互差電角度,三相阻抗相等)。但負(fù)荷中存在單相負(fù)載(如電爐、電焊機(jī)等),電網(wǎng)三相電壓可能存在一定程度的不對稱。因此,交流電機(jī)三相電流往往有一定程度的不對稱。當(dāng)三相電流不對稱時,可以利用對稱分量法,將一組不對稱的三相電流、、和分解成正序分量、、,負(fù)序分量、、和零序分量、、等三組對稱分量。三相零序電流產(chǎn)生的三個脈振其波磁動勢在時間上同相位,其合成磁動勢為零。而三相正序電流產(chǎn)生正向的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢,其幅值,三相負(fù)序電流產(chǎn)生反向的基波旋轉(zhuǎn)磁動勢,其幅值,由上面的分析可知,其合成為一橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。