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