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机电设备运作的实验与模拟
编辑:娱乐吧亚洲第一品牌 发布日期:2018-09-01

  马达学中,单相交流电流(Electron flow)产生脉振磁动势;脉振磁动势又能分解为旋转(rotate)磁动势;而三相交流电流则合成(说明:由几个部分合并成一个整体)建立旋转磁场(定义:传递实物间磁力作用的场)。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。娱乐吧亚洲第一品牌由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多地考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力,及确保电机的使用寿命。微型电动机是指直径小于160mm或额定功率小于750W的电机,微型电动机常用于控制系统或传动机械负载中,用于实现机电信号或能量的检测、解析运算、放大、实行或转换等功能。以下具体先容脉振磁场以及分解为旋转磁场这两个动画制作(Make)实例。
  1脉振磁动势单相绕组中流过随时间按余弦规律(rhythmical)变化的交流电流时,产生的基波磁动势在空间(Space)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(frequency)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(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)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(process),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(Analyse),以一个″集中″线圈(winding)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(Select)″按背景(background)配色方案(plan)″。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(method),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(Editor)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(定义:对真实事物或者过程的虚拟)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(effect)/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(repeat)以上操作(operate)制作出余弦波fφ1的脉振动(vibration)画。
  接下来模拟交流定子电流。选中″组1″,为其设置(set up)三步动画。第一步打开″添加效果/退出″子菜单,选择″向外溶解(solubility)″;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(Rotational Speed)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360°电角度(angle)。分别为三个不同瞬时,电流的方向、脉振磁动势波及两个旋转磁动势分量。
  在脉振动画的基础上,添加两个幅值恒定的反向旋转磁动势,同时注意(attention)脉振和旋转的同步,就能直观地反映分解过程。
  2.1图形制作将上例复制到下一页幻灯片中,图片和动画就复制过来了,脉振的动画就不必重新制作了。画出长度为FΦ1一半的小箭头F'Φ1,并选择线条颜色,如红色。″复制″出另一红色小箭头,使之与F'Φ1首尾相接,并将线条颜色改为″按背景方案配色″。把上述两箭头组合起来,只能看到红色的F'Φ1(为了做出F'Φ1以箭尾为圆心旋转的动画)。利用″复制″的方法,再作出F″Φ1,注意改变线条颜色如绿色。绘制f'Φ1曲线时,只需将上例的余弦波″复制″并拖动图形的尺寸控点在垂直方向上压缩(compression),作出一个幅值为脉振幅值一半,而频率不变的余弦波形,将此余弦波再″复制″一次,″垂直翻转″后与之相接,并″组合″,即f'Φ1,使f'Φ1为红色。再将f'Φ1复制并水平翻转180°,选作绿色,即f″Φ1。
  2.2旋转模拟旋转的余弦波形展开就是水平运动,以上脉振动()画完成了1 1 4周期的过程,因此正向和反向旋转磁场相应地向左右移过5 2π(即450°)。左图中F'Φ1,F″Φ1矢量作相反方向旋转,右图中f'Φ1,f″Φ1波形则作反向直线运动,左矢量转到水平位置时,右图中二余弦波必须正好相交到坐标原点。
  首先为F'Φ1,f'Φ1设置动画。选中F'Φ1矢量,在″添加效果/强调″子菜单中单击″陀螺旋″命令,在″速度″下拉列表选″非常慢″,在″数量″下拉列表选择″顺时针″。同时将″自定义″旋转角度设为450°(保证旋转和脉振同步的关键(说明:比喻事物的重要组成部分))。再选中f'Φ1余弦波形,打开″添加效果/动作路径/绘制自定义路径/直线″命令,将十字形光标移到横坐标上某点,按下鼠标左键向右平移450°,松开鼠标结束,在″速度″下拉列表选″非常慢″,最后切换到″效果选项″,将″平稳开始″和″平稳结束″两项前面的钩去掉,就可以看到f'Φ1向右移动450°的效果了。用同样的方法给F″Φ1,f″Φ1设置动画。使F″Φ1″逆时针″转过450°,同时f″Φ1向左移过450°。
  2.3定义动画时间因为脉振动画是″复制″过来的,这里只需将F'Φ1,F″Φ1,f'Φ1,f″Φ1动画的起始时间分别设置为″从上一项开始″,方法同上。最后还需重新排序,将以上四步动画分别移至″组1″第一步动画之前,才能真正实现旋转与脉振同步,准确而形象地表达脉振磁场分解为两个反向旋转磁场的过程。
  3结束语本文利用PowerPointXP成功地实现了脉振和旋转磁场的动画模拟,不仅对电机理论教学有相当大的帮助,也希翼能对其他课程的多媒体教学和展示有所启发。

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