电机脉振和旋转磁场的动画模拟

施文幸

摘要：详细介绍了脉振磁场和旋转磁场的动画制作过程及几个相关制作技巧。

关键词：脉振旋转同步动画

中图分类号TP377文献标识码A文章编号：1002-2422(2007)03-0044-02

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。三个不同瞬时的定子电流方向和脉振磁动势波。利用PowerPoint XP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，画两个坐标。仍用“箭头”工具，作出矢量，并复制出另一箭头，使之与相接，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(为了做出上下脉振的动画)。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“项点”，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，让曲线更接近于余弦波形。

1．2脉振模拟

首先完成矢量余弦波随时间脉振的动画。选中组合，“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矢量了。选中余弦曲线，重复以上操作制作出余弦波的脉振动画。

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360。电角度。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。画出长度一半的小箭头并选择线条颜色，如红色。“复制”出另一红色小箭头，使之与首尾相接，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，只能看到红色的以箭尾为圆心旋转的动画。利用“复制”的方法，再作出。注意改变线条颜色如绿色。绘制曲线时，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，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”，复制并水平翻转180。选作绿色。

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1.28周期的过程，因此正向和反向旋转磁场相应地向左右移过2.5π(即450°)。矢量作相反方向旋转，波形则作反向直线运动，矢量转到水平位置时，二余弦波必须正好相交到坐标原点。因为脉振动画是“复制”过来的，这里只需将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PowerPoint XP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，也希望能对其他课程的多媒体教学和展示有所启发。