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交、直流电机动态原理课件的设计与实现 璺Q墨:竺垒垒 CN13—1265/TE 承德石油高等专科学校 JournalofChengdePetroleumCollege 第4卷第3期2002年9月 Vo1.4No.3Sep.2002 交,直流电机动态原理课件的设计与实现 王蓉王贺艳 (承德石油高等专科学校电气与电子工程系,河北承德067000) 摘要:介绍一种在Windows环境下利用VisualBasic编程制作的交,直流电机动态原理演示课件,此课 件可以直观,形象地展示交,直流电机中线圈的运动及旋转磁场的形成过程,解决了教学中的重点与难 点,从而提高了教学质量. 关键词:电机;动态原理;数学模型:旋转磁场 中图分类号:TMJ01文献标识码:A文章编号:1008—9446(2002)03—0033—02 0引言 交,直流电机动态原理是《电机与拖动》课中的重点与难点,它不仅涉及到空间原理的构思,而且涉 及到图形的设计与表达,课堂讲授过程中教师很难用静态图形将动态的过程表达清楚.在交流电机中磁 场具有较强的理论性以及随时间和空间变化的特点,某些规律和动态情形难以捕捉.实际的电机运行速 度较快,借助多媒体技术模拟电机中线圈的运动及旋转磁场的形成过程,可以使学生能在脱离交,直流 电机实体的情况下,将这些内容形象,生动地展示出来,收到了较好的教学效果. l设计原理与实现 1.1电机的动态工作原理 电机在工作时,线圈在磁场中运动实现机,电能量转换.图1为直流发电机原理中线圈在磁场中的 旋转过程. 1.2旋转线圈 1.2.1旋转线圈在磁场中变化的数学模型 旋转线圈在磁场中的变化,可以用数学的方法抽象 成一个点,这个点按照一个半径做圆周运动(如图2所 示),旋转点方程如下: fzl—rCOXf2=,.COS(}) 【Yl=rsinlY2=rsin() 其中(,Y)为初始坐标点,(z.,Y.)为旋转0角后的坐标 点,旋转方程为: fz2一zlcos一lsinO lY2=zlsin+1cosO 通过改变旋转点的旋转角度0可以控制旋转点的位 置,确定了旋转点的坐标后,可以将点连成线,就可以得 图1直流发电机线圈在磁场中的旋转过程 到含角度参数的线圈图,改变角度参数后就可以使磁场中的线圈处于不同的位置,让角度参数0连续 收稿日期:2001—12—19 作者简介:王蓉(1963一),女,承德石油高等专科学校电气与电子工程系副教授,主要从事电机与控制方面的教学 与科研工作. ?34?承德石油高等专科学校2002年第4卷第3期 变化,就可以得到旋转的线圈. 1.2.2线圈动态旋转的实现方法 在绘制线圈时,利用了VB中的画线语句,如下所示: line(xl+rl×COS(1/6×w×pi),yl--rl×sin(i/6×w×pi))一(x2×rl ×COS(1/6×w×pi),y2一r2×sin((1/6×w×pi)) 其中pi=一3.14.用画线连接起来的图形是静止不动的,在上述line 语句中有个参数w,用此变量可以确定线圈的角度,如: w一1时1/6×w×pi=Ⅱ/6 w一2时1/6×w×pi=Ⅱ/3 w一3时1/6×w×pi一Ⅱ/2 D 图2旋转方程坐标图 Y.) 在VB中利用计时器每间隔一定的时间改变参数w,重画线圈,这 时,不同的w对应着不同位置的线圈,看上去线圈就旋转起来了.线圈旋转的快慢可以通过计时器的触 发时间来控制. 1.3旋转磁场 1.3.1旋转磁场的数学模型 三相绕相通入三相交流电后,产生旋转磁场.三相电机中通入的是三相对称电流,其幅值相等,相位 互差120.角.三相对称电流的数学表达式如下所示: id一,.sin() iB=Imsin(￡一120.) ic=,sin(+120.) 根据三相电流的数学表达式,抽象出的三相磁势的数学 模型如下所示: 一sin(cot)c.s(詈) 一 Fsin(￡一120.)c.s(~-Z--120.) fc~Fcw,sin(cot+120.)c.s(~-Z+120.) 由上式得到三相合成磁势的数学模型为: 厂:si￡一詈) . 图3合成磁势的波形图 其中,Fm是正弦波的幅值,t是时间,r是极距,z是距离.合成磁势的波形图如图3所示. 1.3.2旋转磁场的实现方法 在课件中我们用不同的图形来表示不同时刻的旋转 磁场,图形用控件数组的形式表示,利用计时器控件每隔 一 定的时间来显示相应的图形,这样就可看到旋转的磁 场.用户可根据自己的需要输入一数值来改变旋转速度, 也就是改变计时器控件的Interval属性的值,以达到最 佳的观察效果.某一时刻旋转磁场如图4所示. 2结束语 X 图4某一时刻旋转磁场 交,直流电机动态原理课件的开发,使学生可以随时 在计算机上观看电机中线圈的运动及旋转磁场的形成过程,充分调