机电设备运作的实验与模拟

　　电机学中，单相交流电流产生脉振磁动势；脉振磁动势又能分解为旋转磁动势；而
三相交流电流则合成建立旋转磁场。以下具体介绍脉振磁场以及分解为旋转磁场这两个动
画制作实例。
　　1 脉振磁动势单相绕组中流过随时间按余弦规律变化的交流电流时，产生的基波磁
动势在空间按余弦规律分布，且位置固定不动，而各点的大小又随着时间作余弦规律变
化，并且磁动势的脉振频率等于电流的频率。这样的磁动势称脉振磁动势。分别画出了三
个不同瞬时的定子电流方向和脉振磁动势波。利用 PowerPointXP 将以上的时空函数制作
成动画，完整演示了磁势随时间和空间变化的过程，有助于对单相脉振现象的深刻理解。
　　1.1 图形制作为简化分析，以一个″集中″线圈来表示定子一相绕组。
　　打开″绘图″工具栏，按下″箭头″按钮，画出如两个坐标。
　　仍用″箭头″工具，作出 FΦ1 矢量，并复制出另一箭头，使之与 FΦ1 相接，线条颜
色选择″按背景配色方案″。把这两个箭头组合起来，看到的将只是 FΦ1（为了做出 FΦ1
上下脉振的动画）。单击″椭圆″按钮，按下 Shift 键并拖动鼠标，在幻灯片中画出大小
不等的两个圆代表定子铁心。同样的方法，再画两个等大的小圆（按背景配色方案）表示
定子绕组，并拖动到如图位置。在″定子绕组″中插入″？″和″×″并组合，称″组 1″。
在相同位置再插入″×″和″？″并组合，称″组 2″。单击″绘图／自选图形／线条″下的
″曲线″命令，当十字光标出现后，即可开始绘制余弦曲线 fφ1 作图过程中，每单击一
次，就会留下一个″顶点″，分别在曲线的最高点、最低点、转折点等处留下″顶点″，
最后在曲线终点双击结束绘制，即可获得平滑的余弦波。波形不太理想时，右击曲线，在
快捷菜单中选择″编辑顶点″命令，曲线上会出现绘制时留下的″顶点″，用鼠标拖动
其中的顶点，即可重新调整曲线的形状，让 fφ1 曲线更接近于余弦波形。
　　1.2 脉振模拟首先完成矢量 Fφ1 和余弦波 fΦ1 随时间脉振的动画。选中 Fφ1 组合，单
击″自定义动画″命令，打开″添加效果／退出″子菜单，选择″旋转″命令，在″方
向″下拉列表选择″垂直″，在″速度″下拉列表中选″非常慢（5 秒）″，即可看到
一个上下脉振的 Fφ1 矢量了。选中余弦曲线，重复以上操作制作出余弦波 fφ1 的脉振动画。
　　接下来模拟交流定子电流。选中″组 1″，为其设置三步动画。第一步打开″添加效果
／退出″子菜单，选择″向外溶解″；第二步，在″添加效果／进入″子菜单选择″向
内溶解″；第三步重复第一步，选中″组 2″，设置″向内溶解″和″向外溶解″两步动
画。分别将″组 1″和″组 2″五步动画的″速度″设为″快速″。
　　1.3 定义动画时间因为以上变化都必须是同步的，而默认的动画开始时间是″单击开
始″，所以，除了动画序列中的第一步 Fφ1，其余动画时间均须重新设置。选中余弦波，
它在″自定义动画″任务窗格中的名称就会被选中，单击该名称右边的下拉按钮，打开
菜单，选中其中的″从上一项开始″就能实现余弦波与 F＇Φ1 同步脉振。在调整定子电
流动画时间过程中，将″组 1″和″组 2″的五步动画都设为″从上一项开始″，此时能看
到″组 1″的第一步动画。要看到交变的定子电流，必须进一步调整动画时间。选中″组 1″
的第二步动画，单击该动画名称右边的下拉按钮，选″计时″，将″延迟″设置为″ 3
秒″并″确定″。同样的方法将″组 1″的第三步动画″延迟″4 秒；″组 2″第一步动画″
延迟″1 秒；″组 2″第二步动画″延迟″2 秒（利用″组 1″和″组 2″的亮暗变化，巧妙
实现定子电流大小和方向交变的效果）。
　　2 脉振磁动势的分解上述在空间按余弦规律分布的脉振磁动势可以分解为两个旋转
磁动势，这两个旋转磁动势的转速相同，转向相反，幅值为单相脉振磁动势最大幅值的
一半。当脉振磁动势随时间变化一个周期时，两个反向旋转的磁动势波正好在空间转过